4.4. Технология полимерных, пористых, трубчатых и биологических наноматериалов

Анализ множества вариантов синтеза наноматериалов типа полимер-неорганических и полимер-органических композитов, нанобиоматериалов, катализаторов, супрамолекулярных, нанопористьгх и трубчатых структур выходит за рамки нашего рассмотре­ния. Эти сведения подробно изложены в работах Б. Глика, Ж.-М. Ле­на, А.Д.Помогайло, Н.Зимана, В.В.Покропивного и др. [13, 16— 18, 36]. Ограничимся лишь краткой их характеристикой.

Прошла расширенная коллегия Минпромнауки РФ. Имеется поручение Президента РФ по данно­му вопросу, направленное на повышение результа­тивности исследований и разработок в области на-номатериалов и нанотехнологий, Министерством об­разования России 04.06.03 г. издан приказ №2398 «Об эксперименте по созданию нового направле­ния подготовки дипломированных специалистов» — «Нанотехнология» и специальностей «Нанотехно-логия в электронике» и «Наноматериалы». Был создан в составе УМО, действующего на базе Санкт-Петербургского государственного электро­технического университета, Учебно-методический Совет по направлению «Нанотехнология», предсе­дателем которого стал академик Ж.И. Алферов.

К сожалению, прогрессивное направление ста­ло модным и многие традиционные разработки атом-но-молекулярного уровня искусственно приобрели имидж «нано». Наряду с определенной конъюнкту­рой это безусловно связано и с тем, что терминоло­гический базис данного направления до сих пор «жестко» не определен.

Возьмем на себя ответственность изложить не­которые методические понятийные аспекты ново­го научно-технического направления.

Во-первых, обратимся к важнейшему фактору — геометрическому размеру и приставке «нано», вхо­дящей в ряд основных, наиболее часто используе­мых в официальных документах понятий: нанотехнология, наноматериалы, наносистемы.

Первоначально проанализируем смысловые зна­чения наиболее часто употребляемых приставок, предназначенных для отражения десятичных долей единицы:

микро — от греч. mikros — малый;

нано — от греч. nanos — карлик.

Фактически приставка NANOS предназначена для образования наименования десятичной доли единицы, соответствующей 10^-9. При объединении с понятием «метр» (от франц. МЕТRЕ и греч. МЕТРОН - мера), т.е. с единицей длины в систе­ме «СИ», имеет место отражение геометрических размеров, соответствующих 10^-6 и 10^-9м.

Далее представим ряд определений базовых по­нятий с приставкой «нано», наиболее полно отра­жающих именно проявление функционально-сис­темных свойств, а не только чисто геометрических особенностей (параметров).

Наносистема — материальный объект в виде упорядоченных или самоупорядоченных, связанных между собой элементов с нанометрическими харак­теристическими размерами, кооперация которых обеспечивает возникновение у объекта новых свойств, проявляющихся в виде квантово-размер-ных, синергетически-кооперативных, «гигантских» эффектов и других процессов, связанных с прояв­лением наномасштабных факторов.

Наноматериалы — вещества и композиции ве­ществ, представляющие собой искусственно или естественно упорядоченную или неупорядоченную систему базовых элементов с нанометрическими характеристическими размерами и особым прояв­лением физического и (или) химического взаимо­действий при кооперации наноразмерных элемен­тов, обеспечивающей возникновение у материалов и систем совокупности ранее неизвестных механи­ческих, химических, электрофизических, оптичес­ких и тепло физических свойств, определяемых про­явлением наномасштабных факторов,

Нанотехнология — совокупность методов и спо­собов синтеза, сборки, структуре- и формообразо­вания, нанесения, удаления и модифицирования материалов и веществ, включая систему знаний, навыков, умений, аппаратурное, материаловедческое, метрологическое, информационное обеспече­ние процессов и технологических операций, направ­ленных на создание наноматериалов и систем с новыми свойствами, обусловленными проявлением наномасштабных факторов.

Нанодиагностика — совокупность специализи­рованных методов исследований, направленных на изучение морфолого-топологических, структурных, механических, электрофизических, оптических и биологических характеристик объектов наноразмеров, анализ наноколичеств вещества, измерение метрических параметров с наноточностью.

Наносистемотехника — совокупность методов моделирования, конструирования и проектирования изделий различного функционального назначения, в том числе наыоматериалов, микро- и наносистем с целью использования квантово-размерных, коо-перативно-синергетических, гигантских эффектов и других явлений и процессов, проявляющихся в условиях материальных объектов с нанометричес-кими характеристическими размерами.

Наряду с определением ранее указанных поня­тий, основой которых в первую очередь является физико-химический базис, сделаем попытку пред­ставить ряд широко используемых в литературе терминов, вызывающих неоднозначное их воспри­ятие.

Нанонаука — система знаний, основанная на описании, объяснении и предсказании свойств ма­териальных объектов с нанометрическими харак­теристическими размерами или систем более вы­сокого метрического уровня, упорядоченных или самоупорядоченных на основе наноразмерных эле­ментов.

Нанотехника — машины, механизмы, приборы, устройства, материалы, созданные с использовани­ем новых свойств и функциональных возможнос­тей систем при переходе к наномасштабам и обла­дающие ранее недостижимыми массогабаритными и энергетическими показателями, технико-экономи­ческими параметрами и функциональными возможностями.

Наноиндустрия — интегрированный комплекс, включающий оборудование, материалы, программ­ные средства, систему знаний, технологическую, метрологическую, информационную, организационно-экономическую культуру и кадровый потенциал, обеспечивающий производство наукоемкой продукции, основанной на использовании новых традиционных свойств материалов и систем переходе к наномасштабам, и инициируют научно-технический прорыв в совокупности высокотехнологичных отраслей производства, науки, образования и сфере обслуживания населения за счет широкого использования изделий с ранее недостижимыми массогабаритными, энергетическим показателями, технико-экономическими параметрами и функциональными возможностями.

Последнее понятие безусловно претендует на наибольшую полноту и исходя из известных правил перевода может упрощенно трактоваться как «индустрия карликов», что формально не противоречит конечной цели данного направления применительно как к объектам органической, так и неорганической природы.

Целевая ориентация научно-технологического базиса наноиндустрии

Представим в виде матрицы одну из гипотетически возможных моделей «наноиндустрии» (рисунок). Данная матричная модель, отражающая наиболее характерные свойства, особенности, и фундаментальные основы таких направлений, как наноматериалы, нанотехнологии, нанодиагностика и наносистемотехника, позволяет при заполнении ее совокупностью независимых экспертов прогнзировать ключевые научные и практические направления развития наноиндустрии исходя из «отраслевой» направленности.

Кроме того, в качестве примера, детализирующего развитие направления «Наноматериалы», представлен возможный вариант классификации функциональных свойств различных видов наноматериалов (см. таблицу).

Проведенный анализ позволил подготовить перечень возможных наиболее актуальных базовых проектов, определяющих среднесрочные перспективы развития наноиндустрии.