Открытия в области нанотехнологий в Казахстане

Основные направления в области нанотехнологий

 

Акт об исследованиях и развитии нанотехнологий в XXI в., под­писанный президентом Бушем еще в 2003 г,, предполагает свыше тыся­чи направлений исследований в наноэлектронике, нанобиотехноло­гии, молекулярной электронике, наноэлектромеханике, наноэнергети­ке, оптоэлектронике, создании новых поколений функциональных и конструкционных наноматериалов, наноматериалов для медицины, ма­шиностроения и робототехники, компьютерных технологий, экологии, аэронавтике, системах безопасности и борьбе с терроризмом.

Всего за несколько последних лет разработаны сотни наност­руктурированных продуктов конструкционного и функционального назначения и реализованы десятки способов их получения и се­рийного производства.

Современные приложения нанотехнологий включают:

создание высокопрочных нанокристаллических и аморфных материалов, негорючих нанокомпозитов на полимерной основе;

элементы наноэлектроники и нанофотоники, полупроводнико­вые транзисторы и лазеры, фотодетекторы, солнечные элементы, сен­соры и др., тонкопленочные и гетероструктурные компоненты мик­роэлектроники и оптотроники следующего поколения, магнитомяг­кие и магнитотвердые материалы;

устройства сверхплотной записи информации; телекоммуни­кационные, информационные и вычислительные технологии, супер­компьютеры; плоские экраны, видеопроекторы и мониторы компью­теров;

молекулярные электронные устройства, в том числе переклю­чатели и электронные схемы на молекулярном уровне;

устройства микро- и наномеханики, молекулярные моторы и наномоторы, нанороботы, интегрированные микроэлектромеханичес­кие устройства;

нанохимию и катализ, в том числе управление горением, нане­сение покрытий, электрохимию, нанопористые материалы для хими­ческой и нефтехимической промышленности (катализаторы, адсор­бенты, молекулярные фильтры и сепараторы);

авиационные, космические и оборонные приложения;

топливные элементы, электрические аккумуляторы и другие преобразователи энергии, устройства для хранения энергии;

фармацевтику, целевую доставку лекарств и протеинов, био­полимеры и заживление биологических тканей, клиническую и ме­дицинскую диагностику, создание искусственных мускулов, костей, имплантацию живых органов; регистрацию и идентификацию кан­церогенных тканей, патогенов, биосовместимые ткани для трансплан­тации, лекарственные препараты;

биомеханику, геномику, биоинформатику, биоинструментарий и многие другие.

На сегодняшний день государственные программы развития нанотехнологий реализуют более 50 государств. Глобальные инвес­тиции в НИОКР в сфере нанотехнологий, по отчетам государствен­ных организаций, за 2015 гг. возросли приблизительно в 5 раз.

Рынок «нано» уже составляет, по разным оценкам, 100-150 млрд дол., причем значительная часть относится к электронике. Ожидает­ся, что к 2020 г. мировой рынок наноматериалов и нанотехнологий превысит 1 трлн дол. США.

Гонка уже началась, в США национальная нанотехнологическая инициатива была запущена в 2001 г., в этом же году в Японии в гос­бюджете нанотехнология определена как один из приоритетов, но пока отрыв лидеров невелик. Сейчас за Японией устремились Юж­ная Корея, Сингапур, Тайвань, Индия и особенно активно Китай. В Азии обозначился сдвиг от фундаментальных исследований на­нотехнологий к прикладным.

Страны ЕС пошли по пути развития научно-технологического потенциала в области нанотехнологии посредством интеграции усилий всех стран-участников ЕС и привлечения третьих стран, осо­бенно России. В 2000 г. ведущими европейскими странами в обла­сти нанотехнологических исследований стали Германия (63 млн евро), Соединенное королевство (39 млн евро), Франция (19 млн евро), Нидерланды (6,9 млн евро), Италия (6,3 млн евро), Швеция (5,8 млн евро). В Финляндии 70,3 % средств на исследования принадлежат частному сектору, в Швеции - 67,8 %, в Германии - 66,6 %, в Бель­гии - 66,2 %.

 

Открытия в области нанотехнологий в Казахстане

 

В Казахстане за последние годы наработан определенный потенциал в области нанохимии и наноматериалов. В частности, в республике проведены исследования в области нанохимии и наноматериалов в рамках исследований Министерства образования и науки.

На базе Казахского национального университета им. аль-Фараби создана нанолаборатория открытого типа, основной задачей которой является освоение передовых технологий наноструктур полупроводниковых соединений и обеспечение свободного доступа исследователей к современному научному оборудованию.

В г. Шымкенте создан научно-технологический центр «NANOFAB», одной из основных задач которого является создание перспективных наноматериалов на основе сырьевых ресурсов Казахстана.

Казахстанскими учеными и специалистами проводятся исследования по получению наноструктурированных углеродных материалов, наноуглеродных сорбентов для горно­металлургического комплекса и медицинского назначения, металлоуглеродных катализаторов для получения нефтехимической продукции и др.

Еще одно направление, которое интенсивно развивается в Республике, непосредственно в Институте проблем горения КазНУ им. аль-Фараби - это механохимический синтез неорганических и композиционных материалов включая нанокомпозиционные порошковые системы. Возможности этого метода позволяют получать материалы с новым комплексом свойств, в частности, магнитные сорбенты на основе минерального и синтетического сырья для сбора нефтепродуктов с поверхности воды при использовании. Механохимический синтез является составляющей частью технологических процессов, включая и СВ-синтез, при создании керамических материалов для защитных покрытий с градиентным изменением их фазового состава, структуры и свойств.

Новым приоритетным научным направлением является создание наноматериалов и нанокомпозиционных систем. Большое внимание уделяется синтезу углеродных наноматериалов различного назначения, в частности, высокоэффективных и доступных углерод-содержащих сорбентов, которые могут быть использованы для очистки выбросов от сероводорода, оксидов серы и азота, а также промышленных стоков от загрязнений фенолом и другими органическими соединениями. Перспективным сырьем при получении таких углеродных композиционных систем являются отходы растительных продуктов (виноградные, абрикосовые косточки, рисовая шелуха и) с широким спектром их применения.

Полученные наноструктурированные материалы использовались в качестве сорбентов для очистки промышленных сточных вод и питьевой воды от ионов тяжелых металлов и органических примесей, для извлечения благородных металлов, в качестве катализаторов гидроочистки и гидрообессеривания для облагораживания бензинов, для получения олефинов и ароматических соединений из бытового газа и газовых промышленных выбросов. Синтезированные углеродные наносорбенты были испытаны для очистки и выделения физиологически активного вещества цитокинина из сложной смеси. Изучено действие их в качестве медиаторов на повышение стрессоустойчивости важнейших злаковых культур Казахстана и на всхожесть семян пшеницы в условиях засоления почвы.

Нанотехнология лежит в основе получения электродных материалов в области создания литий - ионных аккумуляторов. Анодный материал, приготовленный карбонизацией скорлупы абрикосовых косточек, прошел электрохимическое тестирование, которое показало его превосходную стабильность в качестве анода в различных электролитах, включая разные соли и растворители при высоких значениях циклирования.

Ведутся исследования по влиянию газового разряда высоковольтного типа на синтез наноразмерных углеродных частиц фуллеренов в низкотемпературном пламени при низком давлении для получения максимального выхода наноразмерных углеродных объектов. Установлено, что выход фуллеренов определяется величиной тока газового разряда и зависит от формы электрода. Особое внимание уделяется механизмам формирования наноразмерных объектов, в том числе росту нанотрубок.

Фронт исследований нанотехнологий и проблем нанонауки в рамках программы широк и охватывает 85 проектов, в реализации которых участвуют 29 организаций. Головной организацией являет­ся АО «Центр наук о земле, металлургии и обогащении».

В соответствии с программой бывшие академические, вузов­ские и отраслевые лаборатории в определенной степени переори­ентированы на исследования в области нанотехнологий и нанома­териалов.

Программа включает 5 блоков (подпрограмм):

Разработка и исследование нанотехнологий в горно-метал­лургическом комплексе.

Разработка наноматериалов и нанотехнологий для энерге­тических систем нового поколения.

Использование нанотехнологий для получения бионаномате­риалов и регуляции процессов в биологических системах.

Создание квантово-размерных структур для микроэлектрони­ки и информационных технологий.

Разработка и использование наноматериалов и нанотехно­логий в нефтегазовой и химических отраслях Казахстана.

Таким образом, нанотехнологические исследования осуществ­ляются в привязке к приоритетам научно-технологического разви­тия страны.

Анализ данных показывает, что основное внимание казахстанс­ких ученых направлено на получение наноструктурированных мате­риалов, в первую очередь на основе кремния. Как положительный факт следует отметить значительное количество работ по изучению фундаментальных основ процессов и механизмов формирования наноструктур, влияния размерных и структурных факторов на свой­ства наноструктурированных систем, теоретическому осмыслению наблюдаемых явлений и свойств.

Важнейшей компонентой нанотехнологий является химический синтез нанопродуктов. Это обусловило большой интерес и значи­тельное количество работ казахстанских ученых-катапитиков по со­зданию катализаторов, содержащих наноструктуры, и изучению их характеристик. Разрабатываются также методы, в основном элект­рохимические, получения наноструктурированных композиционных покрытий.

В настоящее время в мировой практике значительную часть нанотехнологических исследований составляют биомедицинские приложения. В Казахстане спектр направлений исследований в этой области относительно узок и работы пока немногочисленны, хотя проводиться они начали ранее, чем по другим направлениям. Про­дуктивно работают казахстанские специалисты по созданию средств доставки лекарственных препаратов к больному органу.

При анализе проводимых казахстанскими учеными исследо­ваний в нанообласти обращают на себя внимание некоторые рабо­ты, в которых если и получены или обнаружены наноструктуры, то влияние их присутствия подавляется макроскопическими закономер­ностями и их наличие не связывается со свойствами полученных и изучаемых объектов. Не обозначена цель получения наноструктури­рованных объектов (их получение скорее становится самоцелью) и возможности их использования. Такие работы проводятся в тради­ционных направлениях на традиционном недостаточно прецизион­ном оборудовании в условиях обычной лаборатории и не обеспе­чивают принципиально новых результатов, получения наноэффектов. Между тем нанотехнологические исследования и производство тре­буют специально приспособленных помещений, обеспеченных возду­хом особой очистки, прецизионного оборудования и прочих средств поддержания условий для нанотехнологического производства и аналитических исследований.

В настоящее время термины «нанотехнология» и «наноматери­алы» стали настолько модными, конъюнктурными и экономически привлекательными, что многие традиционные исследования и раз­работки атомно-молекулярного уровня искусственно приобрели имидж «нано».

Однако большинство НИОКР являются целенаправленными, мно­гие содержат рекомендации по возможному использованию полу­ченных результатов. В небольшом числе работ проводится доста­точно глубокий анализ наблюдаемых свойств в сопоставлении со структурными характеристиками, предлагаются модели роста на­ноструктурированных образцов.

Заключение

 

Анализ мирового опыта формирования и реализации нацио­нальных и региональных программ по новым научно-техническим направлениям свидетельствует о необходимости в ближайшем бу­дущем решения некоторых ключевых проблем в области разработ­ки наноматериалов и нанотехнологий, с которыми столкнулись стра­ны, ранее Казахстана избравшие это новое научно-технологическое направление:

Отбор приоритетных направлений нанотехнологических раз­работок с учетом перспектив их дальнейшей коммерциализации. Из множества направлений следует выбрать и сделать на них став­ку, учитывая при этом, что ошибка в выборе может привести к ог­ромным потерям. Поскольку по своим масштабам переход к нано­технологиям намного превосходит и атомный и космический про­екты.

Формирование круга перспективных потребителей нанотех­нологической продукции.

Широкомасштабное развитие фундаментальных исследова­ний во всех областях науки и техники, связанных с развитием на­нотехнологий.

Создание исследовательской инфраструктуры, включая:

- организацию центров коллективного пользования уникальным технологическим и диагностическим оборудованием, не ограничи­ваясь единственной Национальной нанотехнологической лаборато­рией;

современное приборное оснащение научных и производствен­ных организаций инструментами и приборами для проведения работ в области нанотехнологий;

разработку специальной метрологии и государственных стан­дартов в области нанотехнологий;

Привлечение, подготовка и закрепление квалифицированных научных, инженерных и рабочих кадров для обновленного техноло­гического комплекса. Необходимы специалисты, обладающие меж­дисциплинарными знаниями и способные владеть современным синтетическим и диагностическим инструментарием. Для этого тре­буется создать целостную образовательную систему подготовки нового поколения исследователей, материаловедов и технологов.

Подводя итоги можно с уверенностью сказать, что развитие нанотехнологий в Казахстане имеет большое будущее.

 

Список использованной литературы

 

1. Пул Ч. Оуэне Ф. Мир материалов и нанотехнологий. - М.: «Тех­носфера», 2015. - 336 с.

2. http://www.transhumanisnn-russia.ru/content/view/17/20/

3. http://markbook.chat.ru/kvant/projekt6.html

4. Что такое нанотехнологии http://chtotakoe.info/articles/ nanotexnoloqii 444. html

5. Третьяков Ю. Д. Проблема развития нанотехнологий в Рос­сии и за рубежом //http://nanometer/ru/2006/1 1/17/581 9225/html/

6. Пустовалов В. К. Нанотехнологии: состояние, проблемы, перс­пективы // Новости науки и технологий. - 2016. - №.1 (4). - С. 186­192.

7. http://www.opec. ru/point_doc.asp?d_no=58661

8. Нанотехнологии в России // Российская газета 05.06.2014 г.

9. Развитие нанотехнологий в Украине,- http://www.nanonewsnet

10. Физико-химическое исследование композиций, синтезирован­ных плазмохимическим способом: Отчет о НИР (промежут.) / Ин-т пробл. горения при КазНУ; Рук. В. Е. Мессерле. - № 0106РК00635; Инв. № 0207РК00304. - Алматы, 2007.

11. Нанотехнологии - основа инноваций XXI века // Наука и выс­шая школа Казахстана. - 2006. - № 7. - С. 4-5.

12. Тодорова Н. Нанотехнологии - прорыв в будущее // Казах­станская правда, 1 августа 2007 г.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: