Реферат: История развития нанотехнологий
Согласно общепринятой научной терминологии, продукт может называться "нанопродуктом",
если при его выращивании, производстве, переработке или упаковке использовались
наночастицы, нанотехнологические разработки и инструменты. Разработчики
нанопродуктов обещают более совершенный процесс производства и упаковки
продуктов питания, их улучшенный вкус и новые питательные свойства, ожидается
также производство "функциональных" продуктов (продукт будет содержать
лекарственные или дополнительные питательные вещества). Ожидается также
увеличение производительности и уменьшение цен на пищевые продукты. Уже через
пару десятков лет использование нанопродуктов будет повсеместным, говорится в
докладе, подготовленном для Королевского научного общества Великобритании
(Royal Society).
Исследованиями в области нанопродуктов занимаются ученые не только развитых
стран, но и ученые развивающихся стран. В частности, научные лаборатории
Мексики и Индии объединенными усилиями пытаются создать нетоксичный
наногербицид.
Исследователи Арканзаского университета Литл-Рокского
Нанотехнологического Центра установили, что экспозиция семян томатов в
питательном растворе, содержащим углеродные нанотрубки приводит к их более
быстрому и усильному прорастанию. Учёные считают, что углеродные нанотрубки
могут стать открытием для всего сельского хозяйства, открыв эру удобрений
нового типа.
Рис 7. Слева: томаты,
выращенные в обычном питательном растворе;
Справа: томаты, выращенные в
питательном растворе с углеродными нанотрубками
Принцип воздействия углеродных нанотрубок следующий. Благодаря своим
микроскопическим размерам, нанотрубки легко проникают сквозь кожицу семени,
способствуя лучшему проникновению воды и питательных веществ внутрь семян. Это
и сказывается на скорости прорастания семян.
Тем не мене многие учёные считают, что использование подобных
"нано-удобрений" может привести к непредсказуемым последствиям. Так
некоторые опыты с "удобрением" томатов углеродными нанотрубками
показали, что плоды оказались "токсичны" для плодовых мушек дрозофил.
Кроме того, согласно некоторым исследованиям, углеродные нанотрубки являются
канцерогенами для животных организмов.
5.
Проблемы и перспективы развития нанонауки в России
5.1 Перспективы использования нанотехнологий
Использование возможностей нанотехнологий может уже в недалекой перспективе
принести резкое увеличение стоимости валового внутреннего продукта и
значительный экономический эффект в следующих базовых отраслях экономики.
В машиностроении - увеличение ресурса режущих и обрабатывающих инструментов
с помощью специальных покрытий и эмульсий, широкое внедрение
нанотехнологических разработок в модернизацию парка высокоточных и прецизионных
станков. Созданные с использованием нанотехнологий методы измерений и
позиционирования обеспечат адаптивное управление режущим инструментом на основе
оптических измерений обрабатываемой поверхности детали и обрабатывающей
поверхности инструмента непосредственно в ходе технологического процесса.
В двигателестроении и автомобильной промышленности - за счет применения
наноматериалов, более точной обработки и восстановления поверхностей можно
добиться значительного (до 1,5-4 раз) увеличения ресурса работы автотранспорта,
а также снижения втрое эксплуатационных затрат (в том числе расхода топлива),
улучшения совокупности технических показателей (снижение шума, вредных
выбросов), что позволяет успешнее конкурировать как на внутреннем, так и на
внешнем рынках.
В электронике и оптоэлектронике - расширение возможностей радиолокационных
систем за счет применения фазированных антенных решеток с малошумящими
СВЧ-транзисторами на основе наноструктур и волоконно-оптических линий связи с
повышенной пропускной способностью с использованием фотоприемников и
инжекционных лазеров на структурах с квантовыми точками; совершенствование
тепловизионных обзорно-прицельных систем на основе использования матричных
фотоприемных устройств, изготовленных на базе нанотехнологий и отличающихся
высоким температурным разрешением; создание мощных экономичных инжекционных
лазеров на основе наноструктур для накачки твердотельных лазеров, используемых
в фемтосекундных системах.
В информатике - многократное повышение производительности систем передачи,
обработки и хранения информации, а также создание новых архитектур
высокопроизводительных устройств с приближением возможностей вычислительных
систем к свойствам объектов живой природы с элементами интеллекта; адаптивное
распределение управления функциональными системами, специализированные
компоненты которых способны к самообучению и координированным действиям для
достижения цели.
В энергетике (в том числе атомной) - наноматериалы используются для
совершенствования технологии создания топливных и конструкционных элементов,
повышения эффективности существующего оборудования и развития альтернативной
энергетики (адсорбция и хранение водорода на основе углеродных наноструктур,
увеличение в несколько раз эффективности солнечных батарей на основе процессов
накопления и энергопереноса в неорганических и органических материалах с
нанослоевой и кластерно-фрактальной структурой, разработка электродов с
развитой поверхностью для водородной энергетики на основе трековых мембран).
В сельском хозяйстве - применение нанопрепаратов стероидного ряда,
совмещенных с бактериородопсином, показало существенное (в среднем 1,5-2 раза)
увеличение урожайности практически всех продовольственных (картофель, зерновые,
овощные, плодово-ягодные) и технических (хлопок, лен) культур, повышение их
устойчивости к неблагоприятным погодным условиям. Например, в опытах на
различных видах животных показано резкое повышение их сопротивляемости стрессам
и инфекциям (падеж снижается в 2 раза относительно контрольных групп животных)
и повышение продуктивности по всем показателям в 1,5-3 раза.
В здравоохранении - нанотехнологий обеспечивают ускорение разработки новых
лекарств, создание высокоэффективных нанопрепаративных форм и способов доставки
лекарственных средств к очагу заболевания. Широкая перспектива открывается и в
области медицинской техники (разработка средств диагностики, проведение
нетравматических операций, создание искусственных органов). Общепризнано, что
рынок здравоохранения является одним из самых значительных в мире, в то же
время он слабо структурирован и в принципе "не насыщаем", а решаемые
задачи носят гуманитарный характер.
В экологии - перспективными направлениями являются использование фильтров и
мембран на основе наноматериалов для очистки воды и воздуха, опреснения морской
воды, а также использование различных сенсоров для быстрого биохимического
определения химического и биологического воздействий, синтез новых экологически
чистых материалов, биосовместимых и биодеградируемых полимеров, создание новых
методов утилизации и переработки отходов. Кроме того, существенное значение
имеет перспектива применения нанопрепаративных форм на основе
бактериородопсина. Исследования, проведенные с натуральными образцами почв,
пораженных радиационно и химически (в том числе и чернобыльскими), показали
возможность восстановления их с помощью разработанных препаратов до
естественного состояния микрофлоры и плодоносности за 2,5-3 месяца при радиационных
поражениях и за 5-6 месяцев при химических.
Развитие и становление наноиндустрии в Российской Федерации
определяется следующими стратегическими документами:
Президентская инициатива "Стратегия развития
наноиндустрии" (№ Пр-688 от 24 апреля 2007 г.),
Концепция долгосрочного социально-экономического развития
Российской Федерации на период до 2020 года (Утверждена распоряжением
Правительства Российской Федерации от 17 ноября 2008 г. № 1662-р)
Концепция развития в Российской Федерации работ в области
нанотехнологий на период до 2010 года (одобрена Правительством Российской
Федерации 18 ноября 2004 г. № МФ-П7-6194),
Программа развития наноиндустрии в Российской Федерации до
2015 года (одобрена Правительством Российской Федерации 4 мая 2008 года
ВЗ-П7-2702) (далее - Программа)
Федеральная целевая программа "Развитие инфраструктуры
наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2010 годы" (постановление
Правительства Российской Федерации от 2 августа 2007 г. № 498)
Федеральная целевая программа "Исследования и
разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического
комплекса России на 2007 - 2012 годы" (постановление Правительства
Российской Федерации от 17 октября 2006 г. № 613)
Реализация стратегической цели Программы включает два этапа:
первый этап - 2008-2011 годы, второй этап - 2012-2015 годы.
Цель реализации первого этапа − к 2011 формирование
году конкурентоспособного сектора исследований и разработок в области
наноиндустрии для поддержания научно-технического паритета Российской Федерации
с экономически развитыми странами мира по перспективным направлениям науки,
определяющим стратегию развития наноиндустрии и безопасность применяемых
наноматериалов и нанотехнологий для здоровья и жизни человека, рост объемов
производства уже выпускаемой и востребованной продукции нанотехнологий
безопасной для жизни и здоровья человека, насыщение соответствующих рынков,
разработка новых нанотехнологий и видов нанотехнологической продукции, которые
могут быть доведены до промышленного внедрения и производства в течение
последующих двух-трех лет, создание эффективной системы коммерциализации
объектов интеллектуальной собственности в области нанотехнологий.
Для ее достижения необходимо решение следующих задач:
1.
Формирование современной инфраструктуры наноиндустрии на уровне
экономически развитых стран, включая ее приборно-инструментальную,
информационно-аналитическую и методическую составляющие.
2.
Формирование условий устойчивого функционирования и развития системы
подготовки, переподготовки и закрепления кадров для обеспечения эффективности
исследований и разработок в области наноиндустрии.
3.
Опережающее развитие исследований и разработок, обеспечивающих создание
новых конкурентоспособных нанотехнологий и видов нанотехнологической продукции,
которые могут быть доведены до промышленного внедрения и производства в течение
двух-трех лет.
4.
Создание системы содействия продвижению продукции наноиндустрии на
внутренний и внешний рынки высокотехнологичной продукции, системы обеспечения
единства измерений, стандартизации, оценки соответствия и безопасности в
наноиндустрии с целью кардинального увеличения объемов производства уже
выпускаемой и востребованной продукции нанотехнологий, насыщения указанной
продукцией нанотехнологий соответствующих рынков.
Максимальное количество объектов инфраструктуры
наноиндустрии расположено на балансе организаций г. Москвы – 48 объектов. В
Свердловской области находится 16 объектов инфраструктуры наноиндустрии, в
Санкт-Петербурге – 6, в Московской области – 5, в других субъектах количество
объектов инфраструктуры наноиндустрии варьируется от 0 до 4 единиц.
Рис. 8. Регионы лидеры по
количеству объектов инфраструктуры наноиндустрии
5.2 Ключевые проблемы развития нанотехнологий в России
Анализ мирового опыта формирования национальных и региональных программ по
новым научно-техническим направлениям свидетельствует о необходимости выявления
некоторых ключевых проблем в области разработки наноматериалов и
нанотехнологий.
Первая проблема - формирование круга наиболее перспективных их потребителей,
которые могут обеспечить максимальную эффективность применения современных
достижений. Необходимо выявить, а затем и сформировать потребности общества в
развитии нанотехнологий и наноматериалов, способных существенно повлиять на
экономику, технику, производство, здравоохранение, экологию, образование, оборону
и безопасность государства Вторая проблема - повышение эффективности применения
наноматериалов и нанотехнологий. На начальном этапе стоимость наноматериалов
будет выше, чем обычных материалов, но более высокая эффективность их
применения будет давать прибыль. Поэтому необходимо среднесрочное и
долгосрочное финансирование НИОКР по наноматериалам и нанотехнологиям с выбором
способов реализации программы, включая масштабы и источники финансирования.
Государство заинтересовано в быстрейшем развитии перспективного направления,
поэтому оно должно взять на себя основные расходы на проведение фундаментальных
и прикладных исследований, формирование инноваций.
Третья проблема - собственно разработка новых промышленных технологий
получения наноматериалов, которые позволят России сохранить некоторые
приоритеты в науке и производстве.
Четвертая проблема - обеспечение перехода от микротехнологий к
нанотехнологиям и доведение разработок нанотехнологий до промышленного производства,
особенно в области электроники и информатики. Пятая проблема - широкомасштабное
развитие фундаментальных исследований во всех областях науки и техники,
связанных с развитием нанотехнологий.
Шестая проблема - создание исследовательской инфраструктуры,
Седьмая проблема - создание финансово-экономического механизма формирования
оборотных средств у институтов и предприятий-разработчиков наноматериалов и
нанотехнологий, а также развитие инфраструктуры, обеспечивающей поддержку
инновационной деятельности в этой сфере на всех ее стадиях - от выполнения
научно-технических разработок до реализации высокотехнологической продукции.
Восьмая проблема - привлечение, подготовка и закрепление квалифицированных
научных, инженерных и рабочих кадров для обновленного технологического
комплекса Российской Федерации.
Для выработки и практической реализации необходимых и достаточных мер в
области создания и развития нанотехнологий должна быть сформирована
государственная политика, которая, в свою очередь, должна рассматриваться как
часть государственной научно-технической политики, определяющей цели, задачи,
направления, механизмы и формы деятельности органов государственной власти
Российской Федерации по поддержке научно-технических разработок и использованию
их результатов.
Заключение
С
наступлением нового тысячелетия началась эра нанотехнологии. Стремительное
развитие компьютерной техники, с одной стороны, будет стимулировать
исследования в области нанотехнологий, с другой стороны, облегчит конструирование
наномашин. Таким образом, нанотехнология будет быстро развиваться в течение
последующих десятилетий.
Если человечество не будет
создавать нанотехнологического оружия, то у него есть реальный шанс выжить.
Причём его ждёт, если не безоблачное, то довольно светлое будущее в комфортном
мире без экологических проблем. Жизнь на выживание превратится в приятную
жизнь. Создание нанотехнологической промышленности будущего даст
человечеству принципиально новый способ экологически чистого "выращивания"
продуктов из атомов и молекул, что поможет решить проблему экологического и
энергетического кризиса. А развитие таких технологий, особенно на начальном
этапе, не рыночно, ибо требуют больших затрат на образование, научные
исследования и их техническую реализацию.
Перспективы
нанотехнологической отрасли поистине грандиозны. Нанотехнологии кардинальным
образом изменят все сферы жизни человека. На их основе могут быть созданы
товары и продукты, применение которых позволит революционизировать целые
отрасли экономики. Джош Волфе\Josh Wolfe, редактор аналитического отчета
Forbes/Wolfe Nanotech Report, пишет: "Мир будет просто построен заново.
Нанотехнология потрясет все на планете".
Список использованной
литературы
1.
Виктор Балабанов.Нанотехнологии.
Наука будущего М.: Эксмо, 2009 г. 256 стр.
2.
Головин, Ю. И. Введение в нанотехнику. М. : Машиностроение, 2007.
- 493 стр
3.
Рыбалкина М. М.: Нанотехнологии для всех. Nanotechnology News Network, 2005. - 444 с.
4.
Мальцева П. П. Нанотехнологии. Наноматериалы. Наносистемная техника.
Мировые достижения - 2008 год [] : сборник / под ред. П. П. Мальцева. - М. :
Техносфера, 2008. - 432 с. : цв.ил. - (Мир материалов и технологий). - 369.00
5.
Старостин, В. В. Материалы и методы нанотехнологии: учебное пособие / В.
В. Старостин ; под общ. ред. Л. Н. Петрикеева. - М. : Бином. Лабораторий
знаний, 2008. - 431 с.
6.
Суздалев. И П. Нанотехнология М.—Комкнига, 2006 — 592 стр.
7.
Пул-мл., Ч. Нанотехнологии [] : учебное пособие / Ч. Пул, Ф. Оуэнс. -
Изд. 4-е, испр. и доп. - М. : Техносфера, 2009. – 335 стр.
8.
ИА "Росбалт", /ГЖД
(Горьковская железная дорога) испытывает новинки наноиндустрии Санкт-Петербург
— 16.01.2008
9.
М.В.Попов О ходе формирования и перспективах развития
инфраструктуры ННС ( аналитическая спарвка) /Первая ежегодной
научно-техническая конференция НОР "Развитие нанотехнологического проекта
в России: состояние и перспективы". — Москва15.10.2009
10.
http://www.nanosvit.com/publ/15-1-0-121
11.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F#.D0.A4.D1.83.D0.BD.D0.B4.D0.B0.D0.BC.D0.B5.D0.BD.D1.82.D0.B0.D0.BB.D1.8C.D0.BD.D1.8B.D0.B5_.D0.BF.D0.BE.D0.BB.D0.BE.D0.B6.D0.B5.D0.BD.D0.B8.D1.8F
12.
http://www.starenie.ru/texnologii/nanotex.php
13.
http://nano.msu.ru/
14.
http://nanomedicine.ru/
|