Российские нанотехнологии # 1-2 2011

январь-февраль 2011 том 6, № 1-2

январь-февраль 2011

ТОМ 6, № 1-2

Получение, исследование и перспектива использования наночастиц на основе хитозана и галактоманнана

• Конвергенция наук и технологий – прорыв в будущее • Электрические и магнитные фазовые переходы первого рода в наноструктурах • Проводимость структур с кремниевыми нанокристаллами в оксидной матрице

слово редактора

Игнат Соловей

Время подводить итоги

2

В минувшем десятилетии стартовало несколько крупных программ, направленных на развитие нанотехнологий в Российской Федерации – ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям научно-технологического комплекса России на период 2007–2012 годы», «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 годы» и «Программа развития наноиндустрии в Российской Федерации до 2015 года». Программы реализуются уже несколько лет, и настало время анализировать результаты, полученные в рамках усилий государства по развитию наноиндустрии. На основании этого анализа можно будет корректировать направления усилий государства по развитию наноиндустрии. Редколлегия журнала планирует начать обсуждение полученных результатов в различных сферах – организации исследований, развитии инфраструктуры исследований и разработок и, конечно, достижений в крупных сегментах науки, техники и индустрии. Мы расскажем о крупнейших сегментах фундамента создаваемой наноиндустрии России – «Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт» и «Российской корпорации нанотехнологий», успешных региональных нанотехнологических центрах и отечественных производителях нанопродукции. В рамках такого обсуждения мы надеемся получить информацию об оценке обществом всех сторон деятельности институтов государства по развитию наноиндустрии и рекомендации по корректировке этой деятельности. Редколлегия приглашает ученых, инженеров и менеджеров принять участие в обсуждении всех сторон развития наноиндустрии в Российской Федерации. Главный редактор, академик РАН М.В. АЛФИМОВ

Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

СОДЕРЖАНИЕ Дайджест . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Аналитический обзор деятельности научно-образовательных центров национальной нанотехнологической сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 январь-февраль 2011 ТОМ 6, № 1-2 Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ №ФС77-26130 выдано Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия 03 ноября 2006 г .

Учредители: Федеральное агентство по науке и инновациям РФ, ООО «Парк-медиа» Редакционный совет: Председатель: М.В. Ковальчук Главный редактор: М.В. Алфимов Ж.И. Алфёров, А.Л. Асеев, Е.Н. Каблов, М.П. Кирпичников, С.Н. Мазуренко, К.Г. Скрябин Редакционная коллегия: Ответственный секретарь: М.Я. Мельников М.И. Алымов, В.М. Говорун, А.А. Горбацевич, С.П. Громов, А.М. Желтиков, Р.М. Кадушников, А.Н. Озерин, А.Н. Петров, В.Ф. Разумов, И.П. Суздалев, С.П. Тимошенков Издатель: А.И. Гордеев Руководитель проекта: Т.Б. Пичугина Выпускающий редактор: М.Н. Морозова Редактор: С.А. Озерин Подготовка иллюстраций, макет и верстка: С.В. Новиков, К.К. Опарин Фотоподбор: М.Н. Морозова Распространение: Е.Л. Пустовалова E-mail: podpiska@nanorf.ru, www.nanorf.ru Дизайн журнала: С.Ф. Гаркуша Корректура: Г.В. Калашникова Адрес редакции: 119234, Москва, Ленинские горы, Научный парк МГУ, владение 1, строение 75Г. Телефон/факс: (495) 930-87-07. Для писем: 119311, Москва-311, а/я 136 Подписка: (495) 930-87-07.

E-mail: podpiska@nanorf.ru, www.nanorf.ru ISSN 1992-7223 При перепечатке материалов ссылка на журнал «Российские нанотехнологии» обязательна. Любое воспроизведение опубликованных материалов без письменного согласия редакции не допускается. Редакция не несет ответственность за достоверность информации, опубликованной в рекламных материалах. © РОССИЙСКИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ, 2011 Номер подписан в печать 08 февраля 2011 г . Тираж 1000 экз. Цена свободная. Отпечатано в типографии «МЕДИА-ГРАНД» W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

Конвергенция наук и технологий – прорыв в будущее . . . . . . . 13 Микросхема как сандвич: что скрывается внутри . . . . . . . . . . . . 24 ТРЦКП: исследования и подготовка кадров для наноиндустрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Томский региональный центр коллективного пользования. . 31 Экспертиза инновационных проектов: нанотехнологии . . . . . 35 I Всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых «Функциональные наноматериалы для космической техники» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Импакт-фактор РИНЦ

0.721

Публикация статьи занимает

3 месяца

ЖУРНАЛ «РОССИЙСКИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ» входит в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук (далее – Перечень). Издание входит в Перечень как удовлетворяющее достаточному условию включения в Перечень – включение текущих номеров или переводных версий изданий на иностранном языке в одну из систем цитирования (библиографических баз) Web of Science, Scopus, Web of Knowledge, Astrophysics, PubMed, Mathematics, Chemical Abstracts, Springer, Agris. Журнал «Российские нанотехнологии» включен в одну из перечисленных систем цитирования – Springer. В этом можно убедиться, зайдя на сайт http://www.springerlink.com Также журнал указан как входящий в Перечень на сайте ВАК. Как его найти: Смотрите страницу на сайте ВАК: http://vak.ed.gov.ru/ru/help_desk/list/

Англоязычная версия распространяется

Публикация в журнале

Springer

бесплатная 3

НАНО о б з о р ы Наноструктуры, включая нанотрубки И.П. Суздалев, В.Н. Буравцев, Ю.В. Максимов, А.Н. Николаев

Нанобиология Н.Г. Хлебцов, Л.А. Дыкман

Биораспределение и токсичность золотых наночастиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

Электрические и магнитные фазовые переходы первого рода в наноструктурах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105

С.С. Вознесенский, Ю.Н. Кульчин, А.Н. Галкина

В.А. Астапенко, Л.П. Суханов

Биоминерализация – природный механизм нанотехнологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60

Влияние адсорбции воды на структурные и оптические свойства нанокластеров диоксидов кремния и титана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109 П.А. Форш, А.С. Гаврилюк, Е.А. Форш, Д.М. Жигунов, М.Н. Мартышов, А.А. Антоновский, И.Д. Сысоев, А.С. Воронцов, П.К. Кашкаров

Проводимость структур с кремниевыми нанокристаллами в оксидной матрице . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118 Наноматериалы конструкционного назначения М.И. Алымов, В.С. Шустов, А.В. Касимцев, В.В. Жигунов, А.Б. Анкудинов, В.А. Зеленский

НАНОс т а т ь и Самоорганизующиеся структуры и наносборки П.В. Лебедев-Степанов, Р.М. Кадушников, С.П. Молчанов, Н.И. Рубин, Н.А. Штуркин, М.В. Алфимов

Моделирование самосборки ансамблей микро- и наночастиц в испаряющейся микрокапле раствора . . . . . . . . .83 И.В. Ионова, М.В. Алфимов, В.А. Лившиц

Адсорбция и динамика молекул на гидрофобизированных микрочастицах двуокиси кремния. Исследование методом ЭПР-спектроскопии спиновых зондов . . . . . . . . . . . .89 И.В. Ионова, М.В. Алфимов, В.А. Лившиц

Исследование методом ЭПР влияния ковалентной иммобилизации циклодекстриновых рецепторов на микрочастицах силикагеля на динамику и комплексообразование спин-меченых молекул-гостей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96

Синтез нанопорошков карбида титана и изготовление пористых материалов на их основе . . . . . . . . . . . . . . . .122 В.Г. Ильвес, С.Ю. Соковнин

Получение нанопорошков ZnO и Zn-ZnO методом испарения импульсным пучком электронов в газе низкого давления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128 И.Е. Калашников, Л.К. Болотова, Т.А. Чернышова

Трибологические характеристики литых алюмоматричных композиционных материалов, модифицированных наноразмерными тугоплавкими порошками . . . . . . . . .135 Нанобиология А.В. Ильина, Н.М. Местечкина, Д.В. Курек, А.Н. Левов, П.И. Семенюк, В.Н. Орлов, В.Д. Щербухин, В.П. Варламов

Получение, исследование и перспектива использования наночастиц на основе хитозана и галактоманнана . .143

Публикуем статьи по проектам ФЦП Редакция « Российских н анотехнологий» о бращается к р уководителям проектов, поддержанных ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям на учно-технологического комплекса России на период 2007–2012 годы» и «Развитие инфраструктуры наноинду стрии в Российской Федерации на 2008–2011 годы». Мы будем рады опубликовать статьи с результатами, полученными в ходе выполнения ваших проектов. Статьи могут быть подготовлены как в научные рубрики, так и в деловые – «Научно-техническая политика», «Исследования и разработки». Публикуя в нашем журнале статьи с результатами проектов ФЦП, вы убиваете двух зайцев: отчитываетесь перед заказчиком и повышаете свои ПРНД. В правилах для авторов (стр. 150) вы найдете все необходимые указания для подготовки публикаций. А если остались вопросы, пишите, звоните нам: +7-495-930-88-08, sozerin@strf.ru Редакция

4

Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

анонс

В этом номере Анализу состояния исследований природных биоминералов и направ лений их биомимет ического мо делирования на примере спик ул с теклянных г убок посвящен обзор С.С. Вознес енского и др. Биоми метическое моделирование этих структур позволяет при низких т емпературах получить спектр перспективных композитных наноструктурированных материалов, сочетающий эластичность и прочность органической основы с упр угостью и прочностью кремнезема. Формируемые белками и полисахаридами биомиметические с труктуры обладаю т необы чными физик о-химическими свойс твами и мог ут использоваться в н анобиотехнологии, медицине, ма териаловедении, а т акже для синтеза Пример природной фотонной структуры: наноструктур в опт ике и голубая радужность крыльев бабочки Morpho butterfly микроэлектронике.

стр.

60

В работе П.В. Лебедева-Степанова и др. описывается физическая и компьютерная мо дель само сборки в испаряющейся капле раствора объемом порядка нескольких с отен пиколитров, являющаяся развитием методов диссипативной динамики в прило жении к сис темам с изменяемым об ъемом. Результаты моделирования с опоставляются с эк спериментами на реальных системах (водные растворы полиСтадии формирования структуры при стирольных коллоидных участии радиальных гидродинамических частиц). потоков компенсационной природы

стр.

83

В ис следовании М .И. Алымова и др. приведена т ехнология синт еза нанопорошков карбида титана узкого фракционного состава с малым содержанием примесей. Определены режимы прес сования и спекания порошк а к арбида титана, на основе которого получен пористый материал с открытой пористостью до 50 %.

стр.

122

Распределение частиц порошка плавленого карбида титана по размерам

W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

Второй автор Ученые Института электрофизики У ральского о тделения Р оссийской ак адемии наук методом испарения импу льсным пучк ом электронов в г азе низкого давления получили нанопорошок ок сида цинк а. Исследователи определили основные факторы, влияющие на состав порошков, и выяснили, что нанопорошки обладают сильно выраж енными магнитными свойствами. Подробнее об э том рассказывает один из учас тников работы (стр. 128), ведущий научный сотрудник лаборатории импульсных процессов Института электрофизики УрО РАН (г. Екатеринбург) Сергей Юрьевич Соковнин. Почему для работы был выбран оксид цинка? Оксид цинка – это уникальный материал, который сочетает в себе разнообразные свойства и широко использу ется для различных приложений. Убежден, что перевод этого материала в наносостояние позволит еще лучше раскрыть его возможности. Насколько представленный метод получе ния нанопорошков предпочтительнее применять в производстве по сравнению с технологией термического нагрева с использованием и без использования катализаторов, импульсного лазерного испарения, магнетронного распыления? Метод испарения импульсным электронным пучком в газе низкого давления позволяет получать высоко неравновесные нанопорошки различных материалов малого размера, разной структуры и агломерации. Благодаря импульсному электронному пучку можно испарять любые материалы с высокой эффективностью, а расширение паро-плазменного факела в газ низкого давления и последующее осаждение частиц на кристаллизаторы из разных материалов, в том числе и охлажденных, дает возможность управлять размером, составом и структурой получаемых наночастиц в широком диапазоне, вносить легирующие добавки на различных этапах процесса. Все это позволяет управлять процессом получения в широком диапазоне и определяет уникальные свойства нанопорошков, что очень важно на этапе исследования. Конечно, метод не свободен от недостатков, просто они – следствие его новизны. Полагаю, каждый метод получения нанопорошков оксида цинка имеет свои достоинства и недостатки, и практика покажет, что и где пригодится. Где можно использовать полученные данным методом нанопорошки оксида цинка и как вы оцениваете коммерческие перспективы результата исследования? Для успешного коммерческого применения необходимо найти существенные конкурентные преимущества наноматериала в виде каких-то специфических свойств. На данном этапе крайне сложно судить о практической ценности полученных результатов – они носят пока фундаментальный характер. Но уже то, что свойства существенно зависят не только от дисперсности, но и от метода получения нанопорошков оксида цинка, позволяет говорить о том, что многое о свойствах материала пока неизвестно!

5

дайджест Ученые отмечают, что результаты асм-микроскопии согласуются с биохимическими данными и свидет ельствуют о том, что экструзия разрушает структуру пищевых биополимеров зерна, что сопровождается резким увеличением площади взаимо действия ферментов со своими с убстратами. Поэтому экструдаты и обретают большую пищевую ценность.

НАНОСТРУКТУРА РЖАНОГО ЗЕРНА Специалисты Инс титута механики сплошных сред УрО РАН и Инс титута экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН исследовали наноструктуру зерна озимой р жи до и пос ле экструзии. По мнению ис следователей, и менно р азличия в н аноструктуре объясняют разницу в пищевой ценности этих продуктов. Экструзией зерна называется его обработка по д дейс твием выс окого давления и т емпературы. Зерно обрабатывают, чтобы улучшит ь к ачество к ормов. В приро дной форме крахмал усваивается лишь на 20– 25 %, а экструзия повышает этот показатель до 60–70 %, по тому чт о в результате обработки крахмал и целлюлоза превращаются в сахара, декстрины и гемицеллюлозу. К с ожалению, при данном виде обработки теряются витамины. Пермские ученые, д.т.н. Евгений Славнов и к.м.н. Владимир Коробов, помололи зерна озимой р жи и продукт их экструзии, просеяли полученные порошки через сит о с ячейкой и исследовали повер хность час тиц с помощью а томно-силового микроскопа. Мучные час тицы эк струдата имели мелкодисперсную однородную структуру размером ок оло 0.1 мкм. Зерновые частицы – около 1 мкм. Такую разницу ученые объясняют изменениями в с труктурах молекул крахмала и белков, произошедшими в результате экструзии. Исследователи обрабо тали образцы препаратом «Мезим форте», содержащим пищеварительные ферменты. После экструзии олиго- и полисахариды ржи стали более дос тупными для ферментов.

6

Ученые из Северо-Восточного университета (США) разработали новый метод наблю дения за уровнем натрия в орг анизме с помощью наносенсоров, которые вводятся под кожу. В будущем ученые планируют использовать ана логичную т ехнологию для мониторинга уровня сахара в крови больных диабетом. Поддержание постоянного уровня ионов натрия жизненно важно для организма – они учас твуют в работе мышц (в том числе сердечной), проведении нервных импульс ов. Опасное снижение уровня ионов на трия (гипонатриемия) мо жет возник ать при раз личных заболеваниях, при проведении нек оторых хир ургических о пераций и ли э кстремальных нагрузках на организм. И сс л е д о в ате л и К о л л е д ж а м е дицинских н аук С еверо-Восточного университета разработали миниатюрные датчики, способные определять уровень на трия, и про демонстрировали, чт о они спос обны работать при внедрении по д к ожу животного. Эти датчики флуоресцируют, и уровень их све чения изменяется в зависимос ти от концентрации натрия рядом с ними. С енсоры представляют собой пластифициро-

Luca 4891

Simon Peckham

ТАТУИРОВКА СЛЕДИТ ЗА ЗДОРОВЬЕМ

ванные полимерные час тицы размером 240 нм. Они содержат компоненты, способные опознавать натрий, и покрыты биосовместимым полиэтиленгликолем. Разработанный мет од позволит разобраться в причинах дисбаланса натрия в организме и подобрать надлежащее лечение. Хитер Кларк, один из авторов работы, отмечает, что аналогичный метод можно использовать и д ля измерения уровня г люкозы в крови. С егодня люди, болеющие сахарным диабетом, выну ждены неск олько раз в день ук алывать себе палец, чтобы следить за концентрацией глюкозы. Наносенсоры п озволили б ы о бойтись без этой неприятной процедуры. Вместо этого пациент мог бы раз в неделю обновлять «татуировку», содержащую наносенсоры вместо чернил, и постоянно оценивать уровень глюкозы по уровню свечения этого украшения.

ПЛАНКТОН АККУМУЛИРУЕТ НАНОТИТАН Российские ученые разрабо тали методику оценки биологической аккумуляции наночастиц в планк тонных организмах и продемонстрировали, что водоросли и рачки интенсивно накапливают частицы диоксида титана. Юрий Моргалев и его коллеги из Центра «Биотест-Нано» Томского университета и Сибирского государственного медицинского университета исследовали накопление наночастиц в хлорелле и дафнии. Хлорелла – э то ро д о дноклеточных во дорослей, т ипичных предс тавителей фитопланктона, а дафния – ро д микроскопических ракообразных, распространенный в зоопланк тоне. Оба организма час то применяю тся д ля исследований качества воды. Ученые работали с наночастицами диоксида титана, так как эти частицы уже сегодня широко используются при произво дстве красок, лекарственных препаратов, косметических средств и других продуктов. Выяснилось, что наночастицы диоксида титана быстро и в зна чительных количествах аккумулируются в фито- и зоопланктоне. Опыты пок азали, что наночастицы т итана нак апливаются в т канях водных организмов дос таточно быстро – в течение 4–5 суток – и в больших к оличествах. Они акк умулируются как водорослями – первичным звеном пищевой цепи, – т ак и рачками, которые стоят на с ледующей сту-

Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

пени. Поскольку зоопланктон служит пищей для многих видов рыб, мо жно ожидать, что наночастицы титана будут передаваться по пищевой цепи дальше и появятся в продуктах промыслового рыболовства и аквак ультуры. А чтобы оценить, вредно ли это и насколько, потребуются да льнейшие исследования.

ДОСТАВКА ЛЕКАРСТВ В МОЗГ Большинство лекарств не проник ают из крови в мозг из-за существования между ними преграды – гематоэнцефалического барьера. Э то создает массу трудностей при ле чении опухолей мозга. Российские ученые разработали сис тему до ставки лекарств в мозг с использованием наночастиц и продемонстрировали ее эффективность на экспериментальных животных. Глиобластома – это наиболее распространенная и наиболее опасная разновидность злокачественной опу-

холи мозга. В нас тоящий момент химиотерапия таких опухолей малоэффективна из-за с уществования гематоэнцефалического барьера – фильтра, препятствующего прохождению инородных агентов (в том числе и лекарств) в мозг. Ученые всего мира работают над созданием лекарственных систем, которые могли бы использоваться при терапии глиобластом. Сущес твенных у спехов в разработке новог о ле чения добилась группа исследователей из Моск овской г ос ударс твенной ак адемии то н ко й х и м и ч е с ко й т е х н о л о ги и , НИИ морфологии человека РАМН и ООО «НПК «Наносис тема». Светлана Гельперина и ее к оллеги использовали противоопухолевый антибиотик доксорубицин. Это вещество нередко используется в химиотерапии злокачественных о пухолей, н о н е применяется при лечении опухолей мозга, так к ак плохо проник ает через гематоэнцефалический барьер. Ученые соединили доксорубицин с полибутилцианоакрилатными наночастицами, покрытыми полисорбатом 80. Такие наночастицы ак тивно изучаются сегодня во мног их лабораториях и з-за и х п отенциальной способности проникать в мозг. Исследователи экспериментально продемонстрировали, что созданный ими комплекс из антибиотика и наночастиц позволяет достигать эффективной концентрации лекарства в мозге крыс с глиобластомой. Больные животные, получавшее экспериментальное лечение, в среднем жили на 85 % дольше, чем не получавшая лечения контрольная группа. Более чем у 20 % крыс наблю далась длительная ремиссия – через шесть месяцев после лечения у этих животных не было выяв лено дальнейшего роста опухоли.

Mykl Roventine

НАНОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ДРАГОЦЕННОГО КАМНЯ Специалисты Физик о-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН разработали новый метод синтеза композитных материалов из синтетического опала и оксидов ванадия. Такие материалы обладают необычными оптическими свойствами. Раньше их получали путем осаждения оксидов ванадия (V 2O 5 и VO 2) из раствора, но в новой работе ученые показали, что использовать расплавленный оксид ванадия V2O5 намного эффективнее. Синтетический опал – э то пористая матрица из диок сида кремния (SiO 2 ). Такие ма трицы бываю т дв ух

W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

типов – объемные и пленочные. Значительный прак тический инт ерес представляют нанокомпозиты, в к оторых поры опа ла заполнены ок сидами ванадия. Такие с труктуры могут применяться в к ачестве газовых сенсоров, переключателей и ограничителей из лучения видимого и инфракрасного света. Кроме того, нанокомпозит обладает свойс твами трехмерного фотонного крис талла. Это означает, что его с труктура характеризуется периодическим изменением показателя преломления. Такие вещества могут захватывать фотоны и очень востребованы в оптоэлектронике. Сегодня нанок омпозиты опа лV 2 O 5 и опал-VO 2 получают растворными методами, то есть промывают матрицу в растворе оксида до заполнения ее пор. Э тот процесс необхо-

Katherina

PauloRcCanuto

дайджест

димо повторять несколько раз, чт о увеличивает время произво дства, и к тому же такой метод приводит к появлению нежелательных примесей в получающемся материале. Дмитрий Курдюков с коллегами предложили и опробовали новый метод синтеза таких нанок омпозитов. Исследователи отмечают, что у же в полученных после синтеза нанокомпозитах имеются облас ти меньшего заполнения пор, ск онцентрированные около поверхности. В то же время показатель заполнения пор, близких к по дложке, достигает значения в 100 %. Это означает, что уже в процессе первого этапа обработки нанокомпозита начинает формироваться его фотонно-кристаллическая трехмерная структура. По материалам http://strf.ru, раздел Информнаука 7

научно-техническая политика

Аналитический обзор деятельности научно-образовательных центров национальной нанотехнологической сети*

РАЗВИТИЕ НАУЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НОЦ ННС Анализ результатов научной деятельности НОЦ ННС показал (рис. 9) в целом невысокий уровень коммерциализации резу льтатов научно-технической деятельности (РНТД). В качестве лидеров по коммерциализации резуль татов научной деятельности можно отметить: Ленинградскую область, Владимирскую область, Московскую область, Москву, Томскую область, Белгородскую область. Можно выделить следующие Н ОЦ с наибольшей долей результатов, подлежащих коммерциализации: ЛЭТИ, ВлГУ, ТУСУР, БелГУ, МИСиС, МЭИ, ТГУ. Отметим также, что достаточно высокий количественный уровень научных результатов на общем фоне достигнут в Саратовской и Владимир-

Argonne National Laboratory

Д. т. н., проф. Н.М. Емелин; к.т.н., доц. Ю.Н. Артамонов; к. т. н., доц. В.О. Мелихов Федеральное агентство по образованию ФГНУ «ГосМетодЦентр», 115998, ГСП-8, Москва, ул. Люсиновская, 51 E-mail: bomelihov@mail.ru

ской областях (что соответствует НОЦ СГУ, ВлГУ). Указанные количественные оценки ко ррелируют с п оказателями самооценки РНТД, указанными НОЦ при проведении мониторинга (рис. 10). Ниже (табл. 2) представлен перечень результатов научной деятельности для коммерческого использования по направлениям: биотехнологии, физика, химия, автоматизированные информационные системы, которые, по мнению ученых соответствующих НОЦ, превосходят мировой уровень. Исследование состава НИР НОЦ – государственных контрактов (реализуемых в рамках целевых программ) и хоздоговоров – позволяет сделать вывод о рассогласовании количественного распределения контрактов по регионам в сопоставлении с аналогичным распре-

* Продолжение. Начало читайте в № 11–12 2010 г.

W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

делением работ по регионам, нацеленных на коммерциализацию получаемых научных результатов. Так, ниже среднего уровня по количеству выполняемых контрактов оказываются Белгородская область, Томская область, Ленинградская область. При этом важно отметить, что в этих областях присутству ет внебюджетная составляющая финансирования. Например, Белгородская область – лидер по внебюджетному финансированию (рис. 11). Вместе с тем анализ распределения выполняемых контрактов в тематической плоскости по областям знания ГРНТИ показал, что по таким тематическим направлениям, как биология, биотехнология, автоматика, вычислительная техника, количество выполняемых контрактов ниже среднего уровня (рис. 12). Таким образом, следу ет сделать вывод о целесообразности стимулирования и интенсификации соответствующих на учных исследований таких региональных НОЦ, как БелГУ, ТУСУР, ТГУ, ЛЭТИ. А также целесообразным видится расширение конкурсных квот для НОЦ по тематическим направлениям биология, биотехнология, автоматика и вычислительная техника. Анализ созданных объектов интеллектуальной собственности (ОИС) в НОЦ по их назначению и охраноспособности показал, что распределение количества ОИС в НОЦ близко к равномерному: наибольшая доля по назначению ОИС приходится на изобретения (рис. 13). Большая часть ОИС в Н ОЦ находится на охраноспособной стадии – получен охранный документ. Здесь можно отметить следующий перечень Н ОЦ лидеров: ЯкутГУ, МЭИ, УГАТУ, БелГУ, ВлГУ, ЮФУ. Следует также указать и ряд НОЦ с показателями по данному направлению ниже среднего уровня: РГУ Канта, СпбГУ, ННГУ (рис. 14). Ниже приводится перечень некоторых созданных и подготовленных в НОЦ ообъектов интеллектуальной собственности, наиболее полно отражающих их специфику ННС. Созданные ОИС, по которым получен охранный документ:  способ получения покрытий на изделиях, выполненных из титана и его сплавов;  ортопедический имплантат;  стоматологический имплантат;  способ получения электролита для нанесения биоактивных покрытий;  способ получения наноразмерного гидроксилапатита;  способ получения прутков нелегированного титана с ультрамелкозернистой структурой; 9

научно-техническая политика Таблица 2. Перечень результатов научной деятельности для коммерческого использования

Университет НОЦ

Результат

Разработана малозатратная и высокопроизводительная технология формирования субмикрокристаллических БелГУ и наноструктурных состояний в нелегированном титане с целью повышения прочностных характеристик при статическом и циклическом нагружениях при одновременном улучшении пластичности, необходимых для применения данного материала в качестве материала для медицинских имплантатов, не содержащих вредных для живого организма легирующих элементов Разработана технология создания пористой поверхности металлических имплантатов для нанесения и удержа- БелГУ ния на поверхности композиционного гидроксиапатит/коллагенового покрытия. Модификация поверхности может изменять химические свойства и топографию, которая прямо связана с биологической реакцией организма на имплантат, увеличить эффективную площадь контакта, способствовать получению рельефа, замедляющего процесс резорбции покрытия Создана методика синтеза нанокристаллического гидроксиапатита. Водные суспензии нанокристаллического БелГУ гидроксиапатита используются при изготовлении электролита для формирования биоактивных кальций-фосфатных покрытий, получаемых с помощью метода микродугового оксидирования, на сплавах титана ВТ1-0, ВТ6, ВТ16. С использованием наногидроксиапатита на имплантатах из титановых сплавов золь-гель-методом формируются биоактивные покрытия, обладающие высокими адгезионными характеристиками и биосовместимостью Разработан метод создания оптических наноматериалов с заданной топологией на базе опт ических сред с ВлГУ квантовыми точками и полупроводниковых наноструктурированных сверхрешеток Создана методика изготовления наноструктурированных микропленок оксидов и нитридов металлов и угле- ВлГУ родных материалов Разработана методика лазерного синтеза тонких пленок в однородном электрическом поле

ВлГУ

Сформирована методика создания оптических наноматериалов с заданной топологией и способами управле- ВлГУ ния квантовой динамикой и амплитудно-фазовыми характеристиками импульсов света в таких наноструктурированных оптических материалах Разработана технология синтеза тонких пленок и протяженных массивов наноструктур при локальном лазер- ВлГУ ном выпаривании Выработаны методы автоматизированной подготовки библиотек моделей (баз данных) пассивных и активных ТУСУР элементов монолитных гетероструктурных интегральных схем. Применение библиотеки моделей повышает надежность проектирования, сокращает время, затрачиваемое на доводку топологий монолитных интегральных схем. Разработан библиотечный элемент для системы автоматизированного проектирования Microwave Offic e, позво- ТУСУР ляющий выполнять виртуальные измерения характеристики нелинейности отдельных элементов и цепей с использованием видеоимпульсных и сверхширокополосных тестовых сигналов. Измеритель обеспечивает работу как в проходном, так и в рефлектометрическом режимах. Рассмотрен пример использования виртуального измерителя. Результаты виртуальных измерений сопоставлены с экспериментальными данными, полученными на примере исследования линии передачи с линейной и нелинейной неоднородностями Созданы инновационные механохимические биотехнологии переработки северного биосырья с повышенным ЯкутГУ выходом биоактивных веществ и их биодоступностью  способ изготовления оптоэлектронной микросборки;  дискретный шлифовальный инструмент;  литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения;  способ получения литых композиционных материалов;  металломатричный композит;  устройство классификации изображений микроструктур металлов;  информационно-аналитическая система многомасштабного моделирования наноструктурированных материалов;  устройство для формирования антикоррозионного покрытия; 10

 способ уменьшения гидравлического сопротивления трубопроводных сетей для транспортировки жидких сред;  цемент для замещения костной ткани;  лазерный измеритель микро- и нанометровых вибраций LaserVibrometer;  способ измерения электрофизических параметров структуры «нанометровая металлическая пленка – полупроводниковая или диэлектрическая подложка»;  способ определения концентрации наночастиц;  автоматизированная установка для получения наноразмерных покрытий методом полиионной сборки;  программа расчета пространственного распределения поглощенных фото-

нов в дисперсной слоистой системе, содержащей золотые наночастицы;  программный продукт «Программа для моделирования наноструктур (Ring)»;  волоконно-оптическое у стройство для измерения вектора поперечной деформации;  устройство для нанесения нанокластерного покрытия;  устройство для контроля процесса сухого травления структурообразующего слоя микросхемы;  программный комплекс «На нотестинг»;  монолитная интегральная схема p-HEMT широкополосного малошумящего усилителя X-диапазона;

Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

научно-техническая политика

70 60

Для коммерческого использования

Для внедрения

Для внутреннего использования

Для патентования

21

50 40

5

10

2 6 5

Московская область

4

г. Санкт-Петербург

3

Владимирская область

2

Республика Татарстан

2

Белгородская область

1 21

Самарская область

1

Тамбовская область

1

Республика Башкортостан

1 6

Тюменская область

2 2 2

Калининградская область

1

Ленинградская область

1 4

Республика Саха (Якутия)

2 11

Ростовская область

3 1 1

Томская область

3 5 2

Нижегородская область

1

Саратовская область

0

Челябинская область

10

59 4 1 10 3

Новосибирская область

51

20

г. Москва

30

Рисунок 9. Распределение научной результативности НОЦ по регионам 80

результат превосходит мировой уровень 70

3

соответствует мировому уровню

способствует повышению конкурентоспособности на региональном рынке

60

способствует повышению конкурентоспособности на общероссийском рынке 50 40

40

69

1

3

Белгородская область

4

Челябинская область

1

1

4

1

Республика Татарстан

2

Калининградская область

2 2

Ростовская область

2 3

Тюменская область

10

Самарская область

1 3

Нижегородская область

1

1 9

2

Томская область

2 3 1

г. Санкт-Петербург

2 10 1

Республика Башкортостан

21

Новосибирская область

3 3 1

Тамбовская область

14

г. Москва

0

3 1

Республика Саха (Якутия)

4

10

Московская область

20

Владимирская область

30

Ленинградская область

Рисунок 10. Самооценка РНТД в распределении по регионам г. Москва г. Санкт-Петербург Владимирская область Саратовская область Московская область Новосибирская область Нижегородская область Тамбовская область Республика Саха (Якутия) Белгородская область Томская область Калининградская область Челябинская область Республика Башкортостан Ленинградская область Ростовская область Приморский край Свердловская область Самарская область Тюменская область Кировская область Пермский край Республика Татарстан

1 1 1 1 0

2 2 2

3

4

5

6 6

8 8

10 10

16 16

23

19

28

67

32

Уровень финансирования выполняемых контрактов, хоздоговоров 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0

10

бюджет

внебюджет

г. Москва Московская область Владимирская область г. Санкт-Петербург Белгородская область Новосибирская область Республика Саха (Якутия) Калининградская область Нижегородская область Тамбовская область Саратовская область Кировская область Ростовская область Томская область Республика Башкортостан Приморский край Республика Татарстан Свердловская область Челябинская область Тюменская область Пермский край Самарская область Ленинградская область

Подготовленные ОИС, по которым подана заявка или планируется ее подача:  способ определения дефектности титанового проката;  способ модифицирования поверхности имплантов из титана и его сплавов;  способ получения субмикрокристаллической структуры в нелегированном титане;  способ формирования наноструктур и твердофазных наноструктурированных материалов с заданным геометрическим распределением;  способ формирования протяженных массивов наноструктур, однородных тонких пленок и нанопорошков;  способ формирования наноструктур на поверхности полупроводниковых пленок;  восстановление трехмерного рельефа поверхности на основе изображений, полученных с помощью лазерного проекционного микроскопа;  способ изготовления термоэлектрического модуля с у величенным сроком службы;  светоизлучающий диод;  методика создания биоактивных поверхностей полимеров;  способ измерения магнитных параметров наноматериалов;  программный продукт расчета классификационных параметров электронных наноустройств и материалов;  создание новых антимикробных лекарственных форм на основе углеродных наноструктур;  стенд для ионного легирования;  интегральный двунаправленный четырехконтактный коммутатор на основе

80

Саратовская область

 устройство для обработки металлов давлением;  способ интенсивной пластической деформации плоских заготовок круглой формы;  параллельный программный комплекс для моделирования термоактивационных механизмов термолюминесценции в твердых телах (ParaLum);  способ определения поглощенной дозы beta-излучения в термолюминесцентном детекторе на основе анионодефектного монокристалла оксида алюминия;  композиционный полимерный материал для абразивного инструмента;  композиционный полимерный материал для триботехнического назначения;  антифрикционная полимерная композиция;  морозостойкая резиновая смесь с терморасширенным графитом;  полимерная композиция триботехнического назначения.

20

30

40

50

60

70

80

Рисунок 11. Распределение НИР НОЦ по регионам 70

Физика Электроника. Радиотехника Машиностроение Химия Металлургия Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства Приборостроение Биотехнология Биология Химическая технология. Химическая промышленность Энергетика Народное образование. Педагогика Медицина и здравоохранение Организация и управление Строительство. Архитектура Механика Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук Охрана окружающей среды. Экология человека Электротехника Автоматика. Вычислительная техника

W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

25 21 13 5 4 4 3 3 3 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Рисунок 12. Распределение количества НИР НОЦ по областям

11

научно-техническая политика 12

Окончание читайте в № 3–4, 2011 г.

12

прочие

программы для ЭВМ

полезная модель 2

10

изобретение

топология интегральной схемы 2

8

11 5

1

1 1

ТГУ

СГУ

1

СГАУ

2

1

СПбГУ

1

МГТУ

1

РГУ Канта

1 1

1

НГТУ

2

ННГУ

1

ЮУГУ

1

УПИ

3

ЛЭТИ

3

2

ДвПИ

ЮФУ

3

РГУНГ

1

МИСиС

1

ВлГУ

ТУСУР

УГАТУ

3

1

БелГУ

1 1

0

7 5

2

МЭИ

2

МИФИ

9

4

ТюмГУ

10

6

ЯкутГУ

8 6

Рисунок 13. Количественное распределение ОИС различных типов среди НОЦ 12

Получен охранный документ

Подана заявка

10

1

Планируется подача заявки

4 4

8

11 9

9

3

7

1

ДвПИ

УГАТУ

1

МЭИ

1

МГТУ

2

1

МИФИ

1

СГАУ

ТУСУР

УПИ

ННГУ

2

МИСиС

2

НГТУ

3

ЮУГУ

3

1

РГУНГ ЛЭТИ

1

4

ЯкутГУ

3 1

СПбГУ

1

ЮФУ

1

1

РГУ Канта

ТюмГУ

1

ТГУ

2 0

6

5

СГУ

1

2

БелГУ

1

4

ВлГУ

6

Рисунок 14. Стадии готовности ОИС НОЦ

Физика Химия Электроника, Радиотехника Биология Энергетика Машиностроение Металлургия Биотехнология Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства

1,26 2,5 1,78 1,5 1,75 2,01 1,61 1 1 0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Рисунок 15. Среднее количество единиц оборудования, используемого при выполнении государственных контрактов на выборке НОЦ 14 12 10

Физика

Химия

Биология

Энергетика

Металлургия

8

Электроника, Радиотехника Машиностроение

3

2

Биотехнология 2,67

Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства 5,5

6 4

1 1 1

2

1 1

1

1,17 0,67 1

1

2,5

2,2

5,42 1 1

3,67

4,25 2 1

1

0,9

4

2

1

1

2 2,33 2

2 1,86 1,67 1,2

1 1 1

ВлГУ СПбГГИ УГАТУ СПбГПУ ДвПИ МГТУ МИФИ РГУ Канта НГТУ МЭИ СПбГУ ЛЭТИ МИЭТ ТГУ ЮУГУ ТюмГУ БелГУ НГУ РГУНГ СГАУ МИСиС ЮФУ ТУСУР ННГУ

0

0,83 1 1

1 1 1 1

Рисунок 16. Среднее количество единиц оборудования, используемого при выполнении контрактов в НОЦ 120

Статьи в реферируемых изданиях

Учебное пособие

Статьи в прочих изданиях

100

Монографии 80

Тезисы

69

60 40 20 0

3 3 10

6 12 32 31

5 2 14 10 3 3 3 27 15 12 13 11

3 1 3

30

1 3 1 1 14 153 5 1 8 1 1 1 12 1 2 11 12 6 4 1

2 5 1 1 7 31

29

3 3 1 25 4 1

3 5 3 13 7

3

3 1 12 1 11 15 10 6 2 6

1 11

41

ВлГУ ТГУ НГТУ ЛЭТИ СГАУ ЮУГУ МГТУ ТУСУР КазГТУ СПбГПУ ЯкутГУ СПбГГИ РГУНГ НГУ ГУ Канта ННГУ МИСИ МИСиС ЮФУ УГАТУ СПбГУ МИФИ МЭИ ДвПИ БелГУ УПИ МИЭТ СГУ

комплементарных квантовых областей;  полимерный нанокомпозиционный материал и способ изготовления полимерного нанокомпозиционного материала. Анализируя тематический состав уже созданных ОИС и подготовленных ОИС, можно сделать вывод об устойчивости ряда тематических направлений ОИС Н ОЦ, относящихся в соответствии с классификацией ГРНТИ к таким областям знания, как медицина, здравоохранение, биотехнологии; электроника, радиотехника; химия, химическая т ехнология; ф изика; а втоматика, вычислительная техника. Соответственно, перечисленные направления требуют повышенного внимания со стороны материально-технического обеспечения. В частности, о размере потребностей Н ОЦ в развитии МТБ по тематическим направлениям свидетельствуют: показатель (по соответствующей области знания ГРНТИ) на выборке всех НОЦ (рис. 15), а также показатель фактического среднего количества единиц оборудования для каждого НОЦ (рис. 16) Сопоставление данных диаграмм с учетом отмеченных лидеров по резуль татам ОИС и превышения среднего значения количества единиц оборудования относительно фактически используемого в НОЦ количества единиц оборудования по заданному направлению ГРНТИ позволяет рекомендовать расширение в первую очередь материально-технической базы следующего перечня НОЦ:  по направлению научных исследований физика: МЭИ, ВлГУ, БелГУ;  по направлению научных исследований химия: МИСиС;  по направлению научных исследований электроника, радиотехника: ЮФУ. Неотъемлемой частью эффективной научной деятельности НОЦ является обмен научными идеями и мнениями, что находит свое отражение в публикационной активности научных коллективов. Анализ результатов мониторинга позволяет говорить о достаточно высокой средней интенсивности публикаций в рефериру емых изданиях – в среднем более 10 публикаций от одного Н ОЦ. Здесь в группу лидеров входят: СГУ, ВлГУ, МГТУ, ННГУ, МИСиС, ТГУ (рис. 17). Учитывая, что публикационная активность научных коллективов в реферируемых изданиях оказывает наиболее существенный кумулятивный эффект на общую результативность НОЦ, целесообразно предусмотреть механизмы индикативного контроля деятельности НОЦ по данному направлению. Следует рекомендовать усилить данную составляющую научной деятельности в НОЦ: ЮУГУ, КазГТУ, РГУНГ, РГУ Канта, МИСИ, СпбГУ, УПИ, МЭИ, РГУНГ.

Рисунок 17. Публикационная активность НОЦ Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

научно-техническая политика

Конвергенция наук и технологий – прорыв в будущее М.В. Ковальчук та статья посвящена тому , как трансформировалась наука, менялась ее парадигма по мере развития цивилизации и как новая научно-технологическая ситуация должна обеспечить прорывное развитие человечества в XXI веке. Речь пойдет о конвергенции – объединении, взаимопроникновении наук и технологий. Этот новый научно-технологический уклад базируется на так наз ываемых НБИК-технологиях, где Н – это нано, Б – био, И – информационные технологии, К – когнитивные технологии, основанные на изучении сознания, поведения живых существ, и человека в первую очередь (рис. 1). Почему же сегодня стала актуальной тема конвергенции наук и технологий и как мы к ней подошли? Сегодня наиболее злободневная тема в мировом масштабе – финансовый кризис. Как заклинание повторяется набор слов: деньги, ипотека, финансовые схемы, падение курса валют, безработица и прочее. По сути же, кризис сегодня – это одна из волн, обострение, последствие процесса, начавшегося сразу после Второй мировой войны. В конце 1960-х годов вышла книга французских писателей Веркора и Коронеля под названием «Квота, или «Сторонники изобилия». По сюжету и композиции это остросатирический и в то же время необычайно глубокий психологический роман. Основной его смысл состоит в том, что авторы наглядно показывают тупиковый путь развития общества потребления в США и в мире в целом. Оправившись после потрясений Второй мировой войны, человечество запустило новую экономическую модель развития общества под у словным названием «расширенное воспроизводство и потребление». В погоне за комфортом человечество включило индустриальную машину по истреблению ресурсов, которая набирает обороты год от года. При условии, что эта машина будет обслуживать «золотой миллиард» земной цивилизации,

Э

ее хватит надолго. Но как только хотя бы одна гигантская страна третьего мира, например Индия или Китай, выйдет на уровень потребления энергии, какой был в Соединенных Штатах в 1960-м году, фактически наступит ресурсный коллапс, что мы сегодня с вами уже видим. Глобальный кризис начался полвека назад, а сегодня он обострился, дал «метастазы». Но мы пока продолжаем обсуждать последствия, вместо того чтобы пытаться понять причины. По моему мнению, в процессе приближения энергетического коллапса не последнюю роль сыграло то, что развитые страны, в первую очередь США, целенаправленно, на протяжении десятилетий, перебрасывали затратные, в основном устаревшие производства в Индию и Китай. Они «разбудили» эти страны, активно включив их в модель расширенного воспроизводства и потребления. На помню, ч то К итай и И ндия

W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

занимают 1 и 2 места по численности населения в м ире ( соответственно это порядка 2.5 миллиарда человек в обеих странах), и все это население за последние 30–40 лет включилось в активное промышленное производство и потребление, а фактически в «истребление» ресурсов – формально объемы мирового производства за счет этих стран колоссально возросли, но при этом использование дешевой и зачастую неквалифицированной рабочей силы затормозило научно-технический прогресс. Ведь за последние десятилетия человечество, по сути, не совершило никакого принципиального технологического прорыва. Технический прогресс развивался линейно, путем модификации, усовершенствования уж е изобретенного, как, например, увеличение числа элементов на электронном чипе. Никаких глобальных открытий сделано не было, собственно, они и не требовались.

Рисунок 1

НБИК

13

научно-техническая политика ции. В ХХ веке возникли еще более сложные, интегрированные, межотраслевые технологии для создания самолетов, кораблей, космических ракет. Но эти сложнейшие объекты сегодняшней п ромышленности с оздавались в рамках отраслевой экономики и синергетического эффект а, взаимопроникновения технологий не происходило – было лишь аддитивное сложение успехов и результатов различных технологических отраслей.

Рисунок 2

НАДОТРАСЛЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ИНФОРМАЦИОННЫЕ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

Во времена паритета США – СССР был главный с тимул – сохра нить равновесие путем наращивания военных мощностей, развития военно-промышленного комплекса (ВПК). До сегодняшнего дня практически все технологические новшества окружающего нас бытового мира выросли именно из ВПК. В США процесс п еретока военных нововведений в с феру п отребления был отлажен естественным образом и шел бесперебойно, у нас же мощная инновационная экономика со всеми ее составляющими была изолирована и ориентирована исключительно на военную сферу. Когда распался СССР, соревновательность между нашими странами ( пресловутое « догоним и перегоним Америку») исчезла, США по праву почивали на лаврах, но это в итоге тоже затормозило научно-технический прогресс. Таким образом, мы стали современниками ресурсного коллапса, зародившегося 50 лет назад. Что теперь? П еред ч еловечеством с тоит дилемма: мы либо, двигаясь линейно, как сег одня, в обозримом будущем исчерпаем все ресурсы и должны будем, по сути, вернуться к первобытному строю, сохранив скотоводство, земледелие, огонь, передвигаться на лодке, велосипеде. В чем-то это гротеск, и это может произойти не через 10, а скажем, через 30–50 лет, но неизбежность этого очевидна. Но есть и второй путь – суть его в том, что мы технологически должны стать частью природы, жить за счет принципиально 14

новых, неистощимых ресурсов и технологий, созданных по образцу живой природы, но с использованием самых совершенных технологических достижений. И сегодня человечество подошло к этому вплотную.

ЭТАПЫ НАУЧНОГО РАЗВИТИЯ Позвольте некий исторический экскурс на 300 с лишним лет назад – во времена Ньютона. Тогда была, фактически, только одна научная специальность – натурфилософия, естествознание, и только один «тип» ученого – натурфилософ, естествоиспытатель, (рис. 2) который изучал мир, единую и неделимую природу, непонятую на том уровне знаний и, в частности, поэтому обожествленную. Затем, по мере роста наших знаний о природе, развития исследовательского ин струментария челове чество начало искусственно делить единую природу на сегменты для их более легкого понимания, изучения. Т ак возникли физика, химия, биология, геология и т.д. В результате этих процессов человечество постепенно сформировало узкоспециализированную систему науки и образования, которая существует и успешно функционирует до сегодняшних дней. Такой принцип устройства науки привел в том числе и к отраслевому принципу организации промышленности (рис. 3). На начальном этапе это была примитивная деревообработка, камнеобработка, добыча полезных ископаемых и др. Отраслевые технологии усложнялись с развитием цивилиза-

Всего несколько десятилетий назад появились информационные технологии, которые поначалу рассматривались в прежней отраслевой парадигме: появилась еще одна отрасль, еще одна новая технология. Но в действительности в лице информационных технологий впервые появилась технология, имеющая НАДотраслевой характер. Сегодня очевидно, что ни в одной из известных отраслей нет прогресса без использования информационных технологий – это и телемедицина, и дистанционное обучение, и числовые управляемые станки, автоматическая система пилотирования автомобилей, самолетов, кораблей и т.д. Таким образом, информационные технологии стали неким «обручем», который объединил в се н ауки и т ехнологии (рис. 4). Информационные технологии стали принципиально новыми с методологической точки зрения – они не добавились еще одним звеном к существующему ряду дисциплин, а объединили их, став их общей методологической базой. И уже вслед за информационными технологиями появились нанотехнологии, внутренняя логика развития которых призвана соединить существующую узкоспециали зированную науку и отраслевую экономику в единую картину естествознания, но уже на новом уровне развития цивилизации, новом укладе промышленного производства, основанном на использовании отдельных атомов и м олекул. И грая с толь ж е в ажную надотраслевую роль, как информационные технологии, нанотехнологии, в отличие от п ервых, материальны, так как они прежде всего дают принципиально новый способ конструирования материалов. А любая область знаний, любая отрасль промышленности предполагает в первую очередь создание материалов. Так вот, нанотехнологии дают нам принципиально

Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

научно-техническая политика новый фундамент в виде технологий атомно-молекулярного конструирования для создания этих материалов. Нанотехнологии – это принципиальная модернизация всех существующих дисциплин и технологий на атомарном уровне (рис. 5) . Нанотехнологии меняют принцип создания материалов, их свойства, то есть фундамент для развития всех без исключения отраслей э кономики п остиндустриального общества.

Рисунок 3

ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ СОВРЕМЕННОГО ЭТАПА РАЗВИТИЯ НАУЧНОТЕХНИЧЕСКОЙ СФЕРЫ Попытаемся сформулировать основные черты современного этапа развития на учно-технической сферы (рис. 6). Во-первых, переходя к наномасштабу, мы получаем возможность манипулировать атомами и молекулами, составляющими любое вещество. Сто лет назад главная цель науки заключалась в стремлении проанализировать и понять, каким образом устроен окружающий мир. В ХХ веке, используя электромагнитное излучение и частицы, человечество двигалось по пути анализа в область микромира, последовательно открывая молекулы, атомы ядра и элементарные частицы. В середине прошлого столетия, благодаря открытию рентгеновского излучения, рентгеновской дифракции, стали видны молекулы и атомы, появилась возможность видеть их, а позднее и манипулировать ими. Соединяя отдельные атомы и молекулы, стало возможным конструировать из них новые вещества. Та к и м о б р а з о м , п о я в и л и с ь искусственные материалы, хорошо известные нам сегодня: полупроводниковые кристаллы (кремний, германий, арсенид галлия), диэлектрические кристаллы, лазерные и т.д. Большие успехи были достигнуты и в органическом материаловедении – был создан синтетический каучук, целый ряд полимеров и других биоорганических объектов. Та к и м о б р а з о м , в с е р е д и не прошлого столетия, наряду с основной линией развития на уки – анализом, начала формироваться новая линия – линия синтеза, когда человечество руками и разумом ученых начало синтезировать искусственные материалы, даже такие, которых нет в природе и которые об ладают свойстваW W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

Рисунок 4

15

научно-техническая политика Рисунок 5

новые вещества, не м ожет назвать себя физиком, химиком или биологом. Этот ученый – тоже естествоиспытатель, каким был Ньютон 300 лет назад, но уже на качественно новом уровне, «уровне знаний».

НАНОТЕХНОЛОГИИ: ДВА ПУТИ РАЗВИТИЯ

ми, не существующими у природных веществ. Парадигма развития науки стала меняться от процесса познавания мира, его устройства к тому, чтобы целенаправленно и оптимальным путем самим создавать какие-то его элементы (рис. 7). Но если еще 50 лет назад конструирование таких новых материалов шло во многом эмпирически, то сейчас, с появлением качественно новой исследовательскотехнологической базы, мы можем контролировать процессы, которые происходят на ат омно-молекулярном уровне, смоделировать и запроРисунок 6

16

граммировать результат с помощью суперкомпьютера. Вторая характерная черта на учного развития на данном этапе – это сближение органического мира, мира живой природы, с неорганическим, в чем мы достигли больших у спехов в последние десятилетия. Как следствие – принципиально меняется подход к организации исследовательской работы – от узкоспециального мы должны перейти к междисциплинарному методу проведения научных исследований. У ченый, манипулирующий атомами, создающий из них

Раньше мы шли «сверху», то есть двигались в сторону уменьшения размеров создавае мых предметов: руби ли дерево, обтесывали бревно, распиливали его на доски, делали вагонку или же добывали руду , выплавляли ее, делали болванку, обтачивали на станке и т.д. – т. е. отрезали все лишнее. В итоге мы получали доску или металлическую деталь, но большая часть наших усилий – материальных и технологических – шла на создание отходов и на загрязнение окружающей среды. Сейчас мы начинаем идти «снизу», с уровня атомов, складывая из них, как из кубиков, материалы и системы с заданными свойствами. Фактически речь идет о создании технологий и оборудования для атомно-молекулярного конструирования любых материалов (кстати, это возможно лишь при создании адекватных методов диагностики с атомарным разрешением). Если двигаться по этому пути, то переход к нанотехнологиям, к атомарному конструированию дает важнейший результат – дематериализацию производства и резкое качественное уменьшение энерго- и ресурсоемкости. При этом развитие нанотехнологий подразумевает развитие двух самостоятельных направлений (рис. 8). Что я имею в виду? С одной стороны, нанотехнологии – это новая технологическая культура, основанная на конструировании макроматериалов путем направленного манипулирования атомами и молекулами, размер которых порядка миллиардной доли метра, то есть нанометра. Но главное – наноподход, а не наноразмер. Миниатюризация и нанотехнологии не имеют знака равенства. Новая технологическая нанокультура состоит в том, что создаются новые материалы, необходимые практически для всех отраслей промышленности, и, следовательно, речь идет о формировании рынка принципиально новой продукции в рамках с уществующего экономического уклада. Уже сегодня мы можем создавать разнообразные наноструктуры с разными свойствами, например, использу я полупроводниковые изолирующие, электро-

Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

научно-техническая политика проводящие слои, углеродные материалы, в частности, область применения которых очень широка. Таким же образом мы можем создават ь качественно новые сплавы для трубопроводов или платформ для добычи нефти, корпусов атомных реакторов, новые материалы для строительства или дорожного покрытия и многое другое. Т акие н овые м атериалы с качественно новыми, улучшенными характеристиками востребованы во всех сферах – от медицины до строительства, от информатики до легкой промышленности и т.д. Естественным результатом этого станет эволюционное изменение т ехнологического и, как следствие, социально-экономического уклада общества. Парадигма развития науки в конце ХХ века изменилась от изучения того, как устроен мир, к тому, чтобы целенаправленно и оптимальным путем самим создавать к акие-то его элементы. Этот путь развития четко определен – наука достигла определенного уровня, и новейшие достижения нанотехнологий должны плавно и естественно перетекать в сферу производства, создавать новые продукты, формировать новые рынки и улучшать старые. Это процесс линейный, и на сегодняшний день можно сказать, что в России впервые после долгого перерыва создана для этого и необходимая инфраструктура, а главное – возникла идеология развития научного проекта. В президентской инициативе развития нанотехнологий в Российской Федерации речь идет о решении двух принципиально различных задач. Первая задача развития нанотехнологий, как уже говорилось выше, состоит в совершенствовании технологий атомно-молекулярного конструирования и создания этим путем макроматериалов. Эта задача понятная, она сегодня основана на модернизации существующих производств путем введения нанотехнологических решений, материалов и дальнейшего совершенствования и перевода экономики на новые рельсы – более экономичные. Это уже стало государственной политикой, определена головная научная организация – РНЦ «К урчатовский институт», под его эгидой формируется национальная нанотехнологическая сеть. Го с к о р п о р а ц и я « Р о с н а н о т е х » создана для внедрения на учных разработок в промышленность, их коммерциал изации и п одд ержки инфраструктуры. Кроме того, в Рос-

Рисунок 7

сии есть ряд федеральных целевых программ, одна из них – «Развитие инфраструктуры н аноиндустрии в Российской Федерации на 2008– 2010 годы», направленная на создание и развитие на учно-технологической инфраструктуры. На НИОКР в области наносистем и живых систем выделены значительные бюджетные средства. Важно отметить, что мы снова производим «средства производства» для развития нанотехнологий: стро-

W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

им источники синхротронного излучения, нейтронов, у становки молекулярно-лучевой эпитаксии, атомно-силовые микроскопы и крупные технологические комплексы на их базе, проводим модернизацию действующих «машин», активно участвуем в международных проектах, таких как CERN, международный термоядерный реактор ITER, уникальный Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах XFEL. В последних проек тах финансовый Рисунок 8

17

научно-техническая политика Рисунок 9

и интеллектуальный вклад России составляет существенную часть.

«ЗАПУСК БУДУЩЕГО» Но вернемся ко второй составляющей нанотехнологий, в основе которой лежит сближение и взаимопроникновение «неорганики» и биоорганического мира живой природы. Это

Рисунок 10

18

направление развития нанотехнологий называется «запуск будущего» и состоит в соединении возможностей современных технологий, в первую очередь твердотельной микроэлектроники как наивысшего технологического достижения с овременности, с « конструкциями», созданными живой природой (рис. 9).

Бесспорно, что самое сложное создание, уникальное во всех смыслах, – это человек: самосогласованная и единая система, в которой нет по отдельности ни физики, ни химии, ни биологии, ни математики. В нас есть все эти компоненты, которые составляют замкнутую самоорганизованную систему, и, чтобы понять, мы должны оценивать ее целиком. Стремление человечества в развитии научно-технического прогресса – достичь в технологических приборах того совершенства, которое заложено в каждом из нас. В XIX–XX веках, создавая новые технические системы, мы прежде всего копировали себя, пытались усовершенствовать то, что дано нам природой. Например подъемный кран – это фактически имитация руки, в оптических приборах мы имитируем и совершенствуем человеческое зрение, в акустических – слух и т.д. Когда началось развитие полупроводниковой микроэлектроники, компьютеров, образец для подражания был очевиден – человеческий мозг. Но сложные белковые молекулы состоят из десятков и даже сотен тысяч атомов, их пространственная структура не была известна 60 лет назад. Поэтому проще было в качестве материальной основы взять модель из неживой природы, и для развития полупроводниковой микроэлектроники и вычислительной техники начали использовать полупроводниковые кристаллы, например кремния, в элементарной ячейке которого всего восемь атомов (рис. 10) . Двигаясь по этому пути, человечество создавало все более совершенные технологии, как, например, молекулярно-лучевая эпитаксия, которая используется для получения тонких структур порядка размеров атомов, и новые структуры– так называемые структуры с квантовыми точками, образование и поведение которых подчинено принципам самоорганизации. Уникальные технологии микроэлектроники позволяют нам сегодня, сочетая литографию и последовательные совмещения, делать где угодно одну и ту же интегральную схему, т о е сть ф актически мы и меем технологию, воспроизводимую в любой точке мира. Благодаря достижениям фундаментальной на уки, использующей в первую очередь рентгеновскую физику, рассеяние синхротронного излучения и ней тронов, ядерно-магнитный резонанс, суперкомпьютеры, с тала о чевидна структура биологических объектов. Мы определили их сложную трехмерную пространственную структуру,

Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

научно-техническая политика Рисунок 11

изучили механизмы функционирования этих биологических молекул. Сегодня мы подошли к технологическим решениям, в основе которых лежат базовые принципы живой природы, – начинается новый этап развития, когда от технического, модельного копирования «устройства человека» на основе относительно простых неорганических материалов мы готовы перейти к воспроизведению систем живой природы на основе нанобиотехнологий (рис. 11).

МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОСТЬ – ОСНОВА НОВОЙ СИСТЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ Развитие этих направлений, создание гибридных материалов и систем на их основе требует принципиально новых подходов и формирования принципиально нового научного уклада. Готово ли к этому сегодня на учное сообщество? Одно из главных у словий – наличие специалистов междисциплинарной направленности. Представьте, что вы хотите создать с помощью нанотехнологий устройство, подобное человеческому глазу. С одной стороны, глаз – это уникальный оптический прибор, а с другой – это биологический объект , фоточувствительный белок, в котором протекают сложные биохимические процессы. Так что моделирование глаза – это задача для большой команды специалистов из разных научных областей: физиков и математиков, химиков и биологов, медиков и физиологов, инженеров, прибористов, схемотехников и др., работающих в рамках единого подхода на общий результат, на основе единой инфраструктуры. Серьезный фактор, препятствующий развитию такого единого подхода, – действующая сегодня во всем мире система финансирования и организации на уки. Она построена по узкоспециальному принципу и затрудняет организацию междисциплинарных и сследований. Ч тобы перейти к «запуску будущего», необходимо в корне изменить нынешнюю организацию науки, причем в мировом масштабе. Т е страны, которые смогут быстро и эффективно перестроить систему научных исследований и образования, нацелить их на междисциплинарные исследования, обеспечат себе достойное место в глобальном мире. Перед человечеством сегодня стоит задача формирования и развития принципиально нового подхода, и речь идет в первую очередь о

конвергентных технологиях НБИК. Сама логика развития на уки привела нас от узкой специализации к междисциплинарности, затем наддисциплинарности, а теперь фактически к необходимости объединения наук. Но не к простому геометрическому сложению результатов, а к их синергетическому эффекту, взаимопроникновению (рис. 12).

W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

НАНО-, БИО-, ИНФО-, КОГНО- (НБИК) ТЕХНОЛОГИИ И КУРЧАТОВСКИЙ НБИК-ЦЕНТР На первом этапе это касается объединения четырех глобальных направлений сегодняшней науки и технологий НБИК: Н – это нано, новый подход к к онструированию м атериалов « под заказ» путем атомно-молекулярного конструирования, Б – это био, что

Рисунок 12

19

научно-техническая политика Рисунок 13

позволит вводить в конструирование неорганических материалов биологическую часть и таким образом получать гибридные материалы, И – информационные технологии, которые дадут возможность в такой гибридный материал или систему «подсадить» интегральную Рисунок 14

схему и в итоге получ ить принципиально новую интеллектуальную систему, а К – это когнитивные технологии, основанные на изучении сознания, познания, мыслительного процесса, поведения живых существ, и человека в первую очередь, как с нейрофизио-

логической и молекулярно-биологической точек зрения, так и с помощью гуманитарных подходов. Присоединение когнитивных технологий даст возможность, основываясь на изучении функций мозга, механизмах сознания, поведения живых существ, разрабатывать алгоритмы, которые фактически и будут «одушевлять» создаваемые нами системы, наделяя их неким подобием мыслительных функций. Смысл создания НБИК-центра в К урчатовском и нституте с остоял в том, чтобы сформировать инфраструктурную б азу э той к онвергенции наук и технологий. Ядро, вокруг которого развивается К урчатовский НБИК-центр, – уникальная комбинация МЕГА-установок мирового класса – источников синхротронного излучения и нейтронов. Курчатовский НБИК-центр включает в себя новый нанотехнологический корпус, модернизированный и реконструированный источник синхротронного излучения, исследовательский нейтронный реактор ИР-8, центр обработки и хранения данных на основе суперкомпьютера (рис. 13). В Курчатовском НБИКцентре сосредоточено уникальное рентгеновское оборудование, атомносиловые и электронные микроскопы, различные технологические приборы для нанобиотехнологий и микроэлектроники, зоны чистых комнат и многое другое. Хочу отметить, что существенная часть этого уникального оборудования разработана и изготовлена отечественными компаниями.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПЛАТФОРМЫ КУРЧАТОВСКОГО НБИК-ЦЕНТРА Основная цель конвергенции четырех н аправлений – фо рмирование новой т ехнологической к ультуры, нацеленной в первую очередь на создание гибридных материалов и систем на их основе. Причем речь идет о принципиально новом поколении антропоморфных систем бионического типа, воспроизводящих в конечном итоге конструкции живой природы – биоробототехнические системы. Для этого в К урчатовском НБИК-центре мы создали на учнотехнологическую платформу с условным названием «ГИБРИД». На ее примере поясню принцип построения плат формы для кон вергентных НБИК-технологий. В подразделении НБИК-центра под условным названием «гибридные приборы» работают специалисты, хорошо разбирающиеся в у строй20

Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

научно-техническая политика стве, эксплуатации приборов определенного типа и назначения (оптических, а кустических и д р.). О ни создают техническое задание на проектируемый прибор или у стройство. Следующее подразделение, т акже под условным названием «инженерно-технологический центр», имеет необходимые средства и технологии для практической реализации подготовленного техзадания. Но главная проблема при разработке «гибридного» материала и прибора связана с соединением технологических возможностей микроэлектроники с биоорганическими элементами – основой живой природы. В рамках К урчатовского НБИКцентра нами было сформировано мощное подразделение нанобиотехнологий, которое включает в себя: генно-инженерную и иммунологическую л аборатории, лаборатории стволовых клеток и клеточных технологий и др. Важную связующую роль между биологией и микроэлектроникой играет кристаллографическое отделение, которое включает в себя синхротронно-нейтронный центр, комплекс д ля ф изико-химических, механических и других исследований различных материалов, кристаллизации белков, а «мостиком» между биологическим и кристаллографическим подразделениями служит созданная нами «белковая фабрика». Рассмотрим схематично работу этой ч асти Н БИК-инфраструктуры. Например, мы хотим создать оптический сенсор, имитирующий глаз живого о рганизма. С егодня л юбой оптический прибор состоит из детектирующей части, как правило, кристаллической, обладающей определенным набором свойств, например спектральной чувствительностью, радиационной стойкостью и т .д., и считывающего устройства (интегральной схемы), которое обрабатывает сигнал (изображение), фиксируемое детектирующей частью. На первом этапе наша задача состоит в том, чтобы заменить эту детектирующую часть, как правило, неорганической природы, на материал биоорганического п роисхождения. П оследовательность технологических операций может быть такова: для использования в качестве детектора конкретного фоточувствительного белка в первую очередь необходимо выделить ген, который клонирует этот определенный белок, и затем «вставить» этот ген в некую конструкцию (например E-coli), для того чтобы экспрессиро-

Рисунок 15

вать (наработать) нужное количество этого белка. Затем наработанный белок проходит стадии различной обработки, очистки и т .д. и далее поступает в конечный сегмент белковой фабрики на кристаллиз ацию. На этой стадии белок превращается в трехмерный (или двумерный) кристалл. При этом кристаллизация может проводиться как в лабораторных условиях, так и в условиях микрогравитации на космической станции. Затем атомную структуру полученного белкового кристалла расшифровывают с использованием синхротронного излучения (рис. 14), нейтронов и др. Полученные данные обрабатываются с использованием суперкомпьютера – также части НБИК-инфраструктуры. Фоточувствительный белок с хорошо изученной структурой, свойствами и функциями необходимо соединить с твердотельной подложкой, которая в свою очередь должна быть превращена в некий прообраз электронной схемы. Это очень приблизительное, схематическое, но понятное описание использования НБИК-инфраструктуры для получения гибридных материалов и систем на их основе.

СОЦИОГУМАНИТАРНЫЕ НАУКИ – НОВЫЙ ЭТАП В КОНВЕРГЕНЦИИ НБИКС-ТЕХНОЛОГИЙ Помимо перечисленных подразделений в НБИК-инфраструктуру входит: суперкомпьютерный центр, медико-биологическое подразделение, подразделение когнитивных исследований и технологий, состоящее из нейрофизиологиче ского блока и гуманитарной части.

W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

Развивая когнитивные исследования, мы пытаемся реализовать принципиально н овый подход. С о дной стороны, мы изучаем процессы сознания с помощью нейрона ук, физиологии и молекулярной биологии, а с другой стороны, одновременно привлекаем гуманитариев различных специальностей: философов, психологов, социологов, лингвистов, этнографов и др. Поясню, что, изучая поведение человека или животного в момент принятия решения, мы смотрим на распространение сигнала по нейронным сетям, возбуждение различных отделов мозга с нейрофизиологических позиций, далее опускаясь на молекулярный уровень. С другой стороны, одновременно мы можем исследовать этот же процесс с помощью гуманитарных технологий, например, изучая поведенческие, речевые, психологические и другие особенности. Привлечение гуманитарных технологий дает нам право говорить о создании новой конвергентной НБИКCтехнологии, где «С» – это социальные гуманитарные технологии. Напомню, ч то п ри с оздании НБИК-инфаструктуры, ставя перед собой цель создания гибридных материалов, мы опирались на экспериментальную базу Курчатовского института, состоящую из МЕГА-установок – специализированного источника СИ и нейтронного реактора, стоимость которых составляет миллионы долларов. Но уникальность этого комплекса, дополненного большим количеством исследовательских методик и при21

научно-техническая политика боров, позволила нам сформировать «попутно», без специальных затрат , целый ряд принципиально новых современных исследовательско-технологических платформ, крайне важных для прорыва на ключевых направлениях научно-технологического развития. Приведу ниже эти платформы. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКО-ТЕХНОЛОГ И Ч Е С К И Е П Л А ТФ О Р М Ы ДЛЯ СОЗДАНИЯ: •Гибридных материалов и систем — соединение наноб иотехнологий с микроэлектроникой (ГИБРИД); •Генетической базы персональной медицины, этногенетического картографирования, с оздания и скусственной клетки как основы принципиально новых медицинских технологий (ГЕНОМ); •Новых лекарственных препаратов и средств их целевой доставки: медико-биологический комплекс – белковая фабрика — кристаллизация, в том числе в космосе – расшифровка структуры – синхротрон – суперЭВМ – синтез препаратов (ЛЕКАРСТВА – ДИЗАЙН И ДОСТАВКА);

•Новых методов синхротронно-ней-

тронной диагностики материалов, неорганических и о рганических (СИН-ДИАГНОСТИКА).

ДЛЯ РАЗРАБОТКИ: •Когнитивных наук и технологий – синтез нейрофизиологии, молекулярной биологии и гуманитарных наук (КОГНО); •Технологий изотопного материаловедения и ядерной медицины – развитие нейтронной и нейтронзахватной терапии, инновационные радиофармпрепараты, новые материалы (ИЗОТОП), влияние излучений и частиц на живые организмы (БИОРАДИАЦИЯ); •Перспективных энергетических технологий – создание инновационных технологий производства и потребления энергии, в том числе биоэнергетика, атомная и водородная энергетика, солнечная энергетика, термоядерный синтез (ЭНЕРГОТЕХ); •Многоуровневого компьютерного моделирования и констру ирования (суперЭВМ).

КОНВЕРГЕНТНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ В настоящее время в Курчатовском НБИК-центре м ы с оздаем п рообраз производства будущего, включающий в себя уникальное нанобиотехнологическое производство; исследовательско-диагностические и технологические возможности на базе МЕГА-установок – источников синхротронного излучения и нейтронов и космической станции; основные элементы и технологии полупроводниковой микроэлектроники; подразделение когнитивных исследований и разработок, состоящее из нейрофизиологической и гуманитарной частей. Все эти чрезвычайно сложные технологии требуют специалистов принципиально нового класса, подготовленных уже на междисциплинарной основе. При этом таких междисциплинарно образованных специалистов не должно быть много, на сегодняшний день это, можно сказать, элита научного сообщества (рис. 15). Наш первый опыт подготовки таких ученых – совместная кафедра физики наносистем на физическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова и РНЦ

Рисунок 16

22

Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

научно-техническая политика «КИ», ко торая у спешно р аботает с 2005 года. Студент, получив степень бакалавра по одной специальности, затем поступает в магистратуру , где уже нет разделения по специальностям, а производится «интегрированное» обучение. Поскольку количество читаемых курсов формально превышает учебный план, у студентов есть возможность выбора индивидуальной траектории. Студенты нашей кафедры могут работать на уникальном оборудовании и в МГУ, и в РНЦ «Курчатовский институт», и в ряде академических институтов, в первую очередь в И нституте к ристаллографии и м. А.В. Шубникова РАН. Следующий наш образовательный проект – созданный в мае 2009 года в Московском физико-техническом институте факуль тет нано-, био-, информационных и когнитивных технологий (ФНБИК), не имеющий на сегодня мировых аналогов (рис. 16) . В новой структуре мы постарались наиболее полно реализовать идею непрерывной междисциплинарной подготовки специалистов в области нанотехнологий, конвергентных технологий. Для этого у РНЦ «КИ» есть четыре базовые школы, где занятия по физике и математике ведут наши ученые. На новом факультете уже с первого курса идет преподавание химии, биологии, когнитивных наук. Студенты факультета имеют возможность не просто прийти посмотреть на НБИКцентр, но и начать здесь работу . Но главное, у них есть возможность получать навыки работы на самом современном оборудовании, работая бок о бок с ведущими учеными, участву я в творческом процессе. Я думаю, сегодня можно уже с уверенностью сказать, что Курчатовский НБИК-центр конвергентных на ук и технологий по праву занимает лидирующие позиции среди ведущих научных центров мира, а для всей российской науки создан серьезный задел, заложены основы для прорыва.

НБИКС-ТЕХНОЛОГИИ – ОСНОВА ПРИРОДОПОДОБНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ XXI ВЕКА В заключение я хотел бы снова вернуться к мировому кризису, связанному с конечностью используемых ресурсов, в первую очередь энергетических. Напомню, что у стойчивое развитие цивилизации прежде всего связано с достаточным энергообеспечением. Качество жизни в конечном итоге определяется количеством потребляемой энергии. Именно поэтому сегодня в мире самое пристальное внимание

Рисунок 17

уделяется вопросам развития энергетики. Наряду с традиционной углеводородной энергетикой активно развиваются новые энерготехнологии, переживает ренессанс атомная энергетика, большинство развитых стран реализуют глобальный проект по созданию международного термоядерного реактора ИТЭР – прообраза энергетики будущего (рис. 17). При этом большое внимание уделяется так называемым возобновляемым источникам энергии, среди которых особое место занимает солнечная энергетика. Несмотря на то что возобновляемая солнечная энергетика технологически р азвивается у же многие десятилетия и эффективность солнечных элементов существенно выросла, все же солнечная энергетика так и не смогла стать мощным энергетическим ресурсом. Почему же солнечная энергетика до сих пор не может стать мощной, адекватной современности энерготехнологией? Природа использу ет и запасает солнечную энергию через процесс фотосинтеза. В солнечной энергетике мы моделируем этот природный процесс переработки солнечной энергии, но вместо недоступной

пока д ля в оспроизведения с ложной биоорганической структуры зеленого листа используем модельную полупроводниковую структуру. Но живая природа сама по себе – очень «экономный» пользователь энергии, она правильно самоорганизована, и ей с лихвой хватает «маломощной энергетики фотосинтеза». В нашей современной жизни мы используем искусственно созданные нами машины и механизмы, потребляющие колоссальное количество энергии. Для их энергоснабжения в принципе не может хватить возможностей экономичных, «при родоподобных» энерготехнологий. Наряду с развитием и совершенствованием существующих технологий перед человечеством стоит сложная и амбициозная задача – создание принципиально новых технологий и систем использования энергии, то есть замена сегодняшнего конечного энергопотребителя системами, воспроизводящими объекты живой природы. Сегодня уже очевидно, что это можно сделать, «запу ская будущее» на базе конвергентных нано-, био-, инфо-, когно-, социогуманитарных (НБИКС) технологий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Bainbridge M.S., Roco M.C. // Managing nano-bio infocogno innovations: converging technologies in society. Springer.

2005.

2. Веркор, Коронель // «Квота или «Сторонники изобилия». М: Прогресс, 1970.

3. Ковальчук М.В. // Кристаллография на рубеже веков: итоги и перспективы. Кристаллография. № 44 (6). 1999.

4. Ковальчук М.В. // Органические наноматериалы, наноструктуры и нанодиагностика. Вестник Российской академии наук. № 73 (5). 2003.

5. Ковальчук М.В. // Нанотехнологии как новая технологическая революция. Индустрия наносистем и материалы. Сборник Министерства образования и науки РФ. 2008.

W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

23

исследования и разработки

Микросхема как сандвич: что скрывается внутри Представьте небольшую записную книжку – страниц на 10. Каждая заполнена некими значками. Можно ли, не раскрывая ее, прочесть конкретную страницу? Можно, отвечает Эдуард Рау, ведущий научный сотрудник объединенной лаборатории по микроскопии и электронной микротомографии. Под его руководством разработан оригинальный способ бесконтактного неразрушающего исследования образцов. Правда, в данном случае речь идет не о записных книжках (этот пример ученый приводит своим студентам для наглядности), а о микроэлектронных устройствах и приборах.

Лаборатория занимается электроннозондовой диагностикой изделий, материалов и приборов микроэлектроники. В последние годы микроэлектроника интенсивно переходит в наноэлектронику, поэтому исследовательская работа перестраивается на нанообласть. Существенно усложняется контроль и диагностика микросхем из-за постоянно уменьшающихся размеров их отдельных компонент. Когда-то счет шел на микроны, потом на субмикроны, а теперь – на десятки нанометров. Это в тысячу раз меньше диаметра человеческого волоса (50 микрон). Например, на больших микросхемах, которые установлены в компьютерных процессорах, размер кристалла составляет несколько миллиметров. А таких элементов там может быть насажено более миллиарда – и все это на очень малых площадях.

24

Рау Эдуард Иванович,

заведующий объединенной лабораторией по микроскопии и электронной микротомографии, созданной Институтом проблем технологий микроэлектроники РАН и физическим факультетом на кафедре физической электроники МГУ, профессор, доктор физико-математических наук Микросхемы все чаще выполняются многослойными – по структуре напоминают сандвич. Если вдруг на каком-то слое происходит сбой в работе, то крайне сложно определить, где именно появился деф ект. Структуры-то непрозрачные. В оптике нельзя увидеть каждый элементик – оптические микроскопы не справляются с этой задачей. Но это под силу

растровому электронному микроскопу, который позволяет увеличить размер изучаемого объекта в 100 тысяч раз. Именно его ученые используют в своих работах. Заглянуть вглубь, под поверхность образца, – основная цель микротомографии («томография» – изображение сечения). Раньше эту за дачу решали следующим образом: изучали поверхность сканирующим м икроскопом, п отом верхний уровень «спиливали» (химическим травлением или ионными пучками), смотрели второй, третий и т .д. Способ, естественно, разрушающий. Для наглядности профессор Ра у проводит аналогию с медициной: это все равно что в поисках опухоли в организме человека отрезать у него одну за другой части тела. Позднее г руппа я понских и а мериканских авторов предложила другой метод. Точнее, они восстановили старый, появившийся на заре сканирующей микроскопии – лет 40 назад. Суть его сводилась к у скорению до больших энергий электронов, сфокусированных в зонд. «Действительно, чем больше энергии у первичных электронов, тем они глубже проникают под поверхность и несут информацию из-под оптически непрозрачной поверхности, – комментирует Эдуард Рау. – Проблема только в том, что при этом детектируются все отраженные электроны. Первичный электрон попадает на поверхность, потом идет вглубь, отражается на определенной глубине и выходит обратно – на всем пути, туда и обратно, он собирает информацию н е т олько о т ом с лое, где он отразился, допу стим, третьем, но и о первом, и о втором. Все они тоже несут интегральную по глубине информацию. Мы действительно видим один или второй слой, но на фоне размытого изображения либо верхних, либо нижних слоев. То есть все наслаивается и дает облачную размытую тень». В лаборатории профессора Рау предложили другой метод – микротомографический, позволяющий получать более качественное изображение отдельных тонких слоев микроструктуры. Микротомография в отраженных электронах базируется на детектировании части обратнорассеянных электронов энергий. Энергия отраженных электронов подбирается такой, чтобы соответствовать глубине исследу емого слоя микроструктуры. Для анализа электронов ученые использовали оригинальный спектрометр с тороидальными электродами. Авторы адаптиро-

Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

исследования и разработки вали его к растровому микроскопу для получения качественных изображений. В частности, он требует меньших рабочих напряжений, чем анализатор с тормозящим потенциалом, и, главное, позволяет выделять необходимую полосу энергий электронов из суммарного спектра. Конструкция все го спектрометра аксиально симметрична с допустимыми размерами по окружности и с возможно малыми габаритами по высоте – это необходимо для сохранения стандартного рабочего расстояния микроскопа, чтобы не ухудшать его пространственного разрешения. Электронный зонд микроскопа (на рис. 1 отмечено цифрой 1) сканирует исследуемую трехмерную микроструктуру (2), помещенную на металлический держатель (3). Часть потока отраженных э лектронов п опадает в кольцевую щель спектрометра, после чего эти электроны от клоняются от начальных траекторий в пространстве между двумя тороидальными электродами (4), на которые подается соответствующее напряжение. Через кольцевую щель дефлектора выходят только те электроны, которые имеют строго определенную энергию, пропорциональную задаваемому напряжению. Электроны больших и меньших энергий поглощаются или отсекаются выходной диафрагмой. Электроны, прошедшие через анализа тор, регистрируются кольцевым детектором (5). Сигнал с него поступает либо на видеоконтрольное у стройство (8) микроскопа (при регистрировании изображений), либо на персональный компьютер (9) (при регистрировании энергетических спектров отраженных электронов).

Рисунок 1. Упрощенная схема микротомографического прибора

Рисунок 2. На снимках представлен послойный мониторинг нескольких слоев микросхемы «сверху–вниз», то есть изображения сечений трехмерной микроструктуры

Рисунок 3. На рисунке приводится изображение микроструктуры в сканирующем микроскопе (слева) и соответствующие подповерхностные детали (справа), первоначально скрытые темной пленкой-покрывалом из алюминия толщиной 200 нанометров

Для получения дополнительной информации о распределении потенциальных барьеров или любых электрически активных участков исследуемой структуры осуществляется одновременное детектирование электронно-индуцированного потенциала на образце. В этом режиме датчиком сигнала служит металлическое кольцо (11), помещенное непосредственно между спектрометром и поверхностью тестируемой структуры. Этот сигнал поступает на экран микроскопа, формируя картину всех электрически активных фрагментов п олупроводникового кристалла или микросхемы. Предложенный способ одновременного детектирования в растровом электронном микроскопе двух Проект «Разработка метода нанотомографии и создание аппаратуры для измерений геометрических параметров и топологии наноструктур, скрытых под поверхностью» выполнялся с 2008 по 2010-й год при поддержке ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 годы».

W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

информативных видеосигналов – электронно-индуцированного потенциала и энергетических спектров отраженных электронов – позволяет осуществить визуальный послойный мониторинг как топологического строения микроструктуры по глубине, так и электрически активных элементов микросхем (рис. 2). Эта диагностика неразрушающая и не требует электромеханических контактов для доступа к любым элементам микросхемы, что делает ее пригодной для тестирования и контроля качества изделия на всех технологических этапах производства прибора. То есть эти методы пригодны как для тестирования объемного (трехмерного) строения тонкопленочных многослойных микро- и наноструктур, так и для картографирования всех электрически активных элементов исследуемого образца (локальных потенциальных барьеров, дефектов полупроводникового кристалла, распределения примесей и скопления рекомбинационных центров). Разрешение п о г лубине о бъекта при послойной диагностике зависит от строения микроструктуры, энергии первичных электронов, энергетического разрешения применяемого спектрометра и может достигать единиц нанометров (рис. 3). Марина Муравьева 25

научно-техническая политика

26

Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

научно-техническая политика

ТРЦКП: исследования и подготовка кадров для наноиндустрии О.В. Бабкина1, Г.Е. Дунаевский1, И.В. Ивонин1, П.П. Каминский2

Томский государственный университет представляет собой университет исследовательского типа и ведущий инновационный центр науки и образования, отвечающий на современные запросы рынка труда и интегрированный в высокотехнологичные секторы экономики и сферы услуг. Факультеты, н аучно-исследовательские и нституты, научно-образовательные центры ТГУ совместно с рядом институтов СО РАН активно работают в направлении развития нанотехнологий, реализуя совместно с партнерами научные и образовательные проекты и программы с использованием современного научного и технологического оборудования Томского регионального центра коллективного пользования (ТРЦКП). Томский региональный центр коллективного пользования создан в 2006 году консорциумом Томского государственного университета и Института физики прочности и материаловедения СО РАН (ИФПМ СО РАН) с целью расширения направлений совместной деятельности, выполнения крупных поисковых, технологических и инновационных проектов, требующих объединения на учно-технического потенциала и, в первую очередь, приборного парка наукоемкого оборудования. В настоящее время ТРЦКП объединяет 11 профильных ЦКП и центр «Биотест-На но» Томского государственного университета, ЦКП «Нанотех» и аккредитованную испытательную лабораторию «Металлтест» ИФПМ СО РАН. Центр ориентирован не только на обеспечение научно-исследовательских работ и педагогиW W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

ческого процесса, но и на оказание у слуг сторонним организациям, в том числе и в области испытаний различной продукции, включая продукцию наноиндустрии. Для этого в центре имеются соответствующие методики выполнения измерений, метрологически аттестованное оборудование, работу которого обеспечивают высококвалифицированные специалисты-операторы. Метрологическое обеспечение работ, проводимых в ТРЦКП, осуществляется Отделом стандартизации, метрологии и контроля качества НИОКР совместно с Отделом координации деятельности ЦКП научного управления ТГУ, которые подчиняются проректору по научной работе ТГУ. ТРЦКП – испытательный центр Отраслевого отделения Центра метрологического обеспечения и оценки соответствия нанотехнологий и продукции наноиндустрии по направлению «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества». ТРЦКП аккредитован как испытательный центр на техническую компетентность в системе аккредитации испытательных лабораторий в соответствии с ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2006 (Аттестат РОСС RU.0001.22НН07), в системе аккредитации аналитических 1Томский

государственный университет, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 36 2Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, 634055, г. Томск, просп. Академический 2/4 E-mail: ckp@mail.tsu.ru

27

научно-техническая политика С применением данного катализатора в Томске запущено первое российское производство глиоксаля мощностью 1000 тонн в год. Кроме проведения на учных исследований и испытаний катализаторов в рамках выполнения проекта ТРЦКП были разработаны и метрологически аттестованы «Методика выполнения измерений массовой доли глиоксаля в водном растворе глиоксаля методом газовой хроматографии» (СТО ТГУ 060 – 2009, пр. 168 от 16.04.2009, Свидетельство об аттестации МВИ № 224.09.11.038/2009 от 28.04.2009) и стандартный образец состава «Г лиоксаль, 40-процентный раствор». На оборудовании центра коллективного пользования в настоящее время проходят пилотные испытания катализаторы для процессов синтеза ценных химических полупродуктов: глиоксалевой кислоты и пирувальдегида (рис. 1).

Рисунок 1. Катализатор парофазного окисления этиленгликоля

лабораторий (Аттестат РОСС RU.0001.517686), а также в Системе добровольной сертификации продукции наноиндустрии «Наносертифика» ГК «Роснанотех» (Аттестат РОСС.

RU.В503.04НЖ00.70.04.0026). Центр регулярно участвует в межлабораторных сличительных испытаниях продукции, в том числе продукции наноиндустрии. Основные функции ТРЦКП в области метрологии и стандартизации:  содействие в разработке и внедрении современных методов и средств измерений;  содействие в разработке стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (по закрепленным областям измерений);  содействие в разработке и метрологической аттестации методик выполнения испытаний. С использованием современного оборудования ТРЦКП реализуется ряд крупных проектов: ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГЛИОКСАЛЯ ПАРОФАЗНЫМ ОКИСЛЕНИЕМ ЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ ТРЦКП принимает активное участие в проектах, выполняемых ТГУ по разработке катализаторов для важнейших промышленных процессов глубокой переработки нефти и газа. Одна из успешных разработок – технология получения катализаторов синтеза глиоксаля [1]. Благодаря высокой активности и уникальным свойствам глиоксаль находит широкое применение в производстве бризантных веществ и ракетных топлив, лекарственных препаратов (имидазол, тинидазол, метронидазол, хиноксалин, пиридазон и др.), дезинфицирующих составов и пестицидов, растворов для укрепления почв, гидроразрыва пластов, ремонта скважин, препаратов для очистки газов от серосодержащих соединений, полимеров, низкотоксичных карбамидных смол, клеев, пленок, наполнителей резиновых изделий, добавок к пластмассам, смолам, основ многих лаковых составов, строительных бетонов, растворов для дубления ценных сортов кожи, влагостойких клеев и пластырей, электронных плат и др. Партнеры по данному проекту – ООО «Промышленная компания Новохим», ООО «Глиоксаль-Т». Разработанный катализатор превосходит по своей активности и сроку службы все зарубежные аналоги, его дейст вие основано на функционировании высокодисперсных частиц серебра и меди, нанесенных на оксидную матрицу. Важная особенность катализатора – его т ермическая стабильность: он может эксплуати роваться при температуре до 700 оС без потери активности.

28

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СУБМИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ И НАНОСТРУКТУР В КРУПНОГАБАРИТНЫХ ЛИТЫХ ЗАГОТОВКАХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И СПЛАВОВ ТИТАНА МЕТОДАМИ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ Технология интенсивной пластической деформации [2] включает многократное одноосное прессование в выбранном температурном режиме с о сменой оси деф ормации и последующую прокатку. Технология позволяет получать пруток титана ВТ1-0 в наноструктурированном или субмикрокристаллическом состояниях при сохранении достаточной пластичности с механическими свойствами, сопоставимыми со свойствами титановых сплавов медицинского назначения (ВТ, ВТ16). В отличие от титановых сплавов, пруток ВТ1-0 не содержит легирующих элементов (алюминий, ванадий, молибден), вредных для живого организма, что и определяет его преимущества в качестве материала для изделий медицинского назначения. В результате опытно-конструкторской работы в рамках проекта были созданы титановые дентальные имплантаты. Разработка имплантатов проводилась целенаправленно, благодаря инициативе заведующего кафедрой челюстнолицевой хирургии и стоматологии общей практики Г ОУ

Рисунок 2. Комплект дентальных винтовых внутрикостных имплантатов из наноструктурированного/ультрамелкозернистого титана с инструментами и принадлежностями Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

научно-техническая политика ДПО НГИУВ Росздрава (г . Новокузнецк) профессора В.К. Поленичкина. Итогом вышеупомянутых исследований стала разработка комплекта дентальных имплантатов из титана с инструментами и принадлежностями (ТУ 942422.001-10), необходимого при проведении хирургических и ортопедических процедур. Конструкция имплантатов обеспечивает щадящее травмирование челюсти пациента (при выполнении операции имплантации происходит самонарезание костной ткани), первоначальную у стойчивость при введении в костную ткань челюсти, плотный контакт костной ткани с поверхностью имплантата, капиллярное заполнение кровью элементов конструкции, что позволяет сократить сроки остеоинтеграции и восстановления здоровья пациента. Клинические испытания показали, что раз работанные импланта ты отвечают пр едъявляемым требованиям, имеют хорошие эксплуатационные и функциональные качества, рекомендуются к применению в стоматологической практике на территории РФ и регистрации в ФС по надзору в сфере здравоохранения и социального развития (рис. 2). После регистрации комплекта дентальных имплантатов в Росздравнадзоре планируется организовать их производство в Томске, а также организовать переподготовку врачей-стоматологов в г . Новокузнецке на базе Государственного института усовершенствования врачей. Разработанная технология получения объемных наноструктурированных заготовок в виде прутков и пластин с высоким уровнем физико-механических и эксплуатационных характеристик также может найти применение в качестве материала для изготовления элементов конструкций современной техники (например, волноводов магнитострикционных ультразвуковых преобразователей) и эффективна при решении прикладных задач машиностроения и авиакосмической промышленности. Развитие этого направления перспективно и для изделий медицинского назначения (в том числе для изготовления деталей иску сственных клапанов сердца). ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ И ГРАДИЕНТНЫХ ТЕРМИЧЕСКИ СТАБИЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДАМИ МАГНЕТРОННОИОННОГО СИНТЕЗА В ЕДИНОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ЦИКЛЕ На оборудовании ТРЦКП проводятся работы в области материаловедения. С помощью магнетронного реактивного распыления металлов и бомбардировки пучками ионов высокой энергии можно синтезировать покрытия с изменяющимся по глубине структурно-фазовым и химическим составом, так называемые градиентные покрытия [3]. Нижний слой таких покрытий должен обеспечивать хорошее сопряжение с подложкой и высокую несущую способность, верхний – требу емые функциональные характеристики покрытий (твердость, износостойкость, жаростойкость и пр.), средний – служить в качестве переходного связующего и обладать высокой релаксационной способностью и достаточной прочностью и вязкостью. Решение этой задачи потребовало проведени я исследования ст руктурно-фазовых состояний, определения концентрационных профилей элементов и их распределения по толщине нанокомпозитного покрытия, а также их влияния на триботехнические и механические свойства покрытий. С другой стороны, нанокристаллическое состояние покрытий неравновесное, что может приводить к изменению свойств в результате релаксации упругих напряжений, роста зерен, фазовых превращений. Для нанесения градиентных наноструктурных покрытий разработан уникальный комплекс W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

Рисунок 3. Плазменный магнетронно-дуговой комплекс «СПРУТ»

«СПРУТ», и проведены комплексные исследования покрытий на оборудовании Центра при отработке технологических режимов (рис. 3). В рамках выполнения работ получены экспериментальные образцы и выполнены лабораторные стойкостные испытания твердосплавных режущих пластин сверл из быстрорежущей стали и проходных резцов с пластинами из твердого сплава с нанесенными слоистыми покрытиями. Ресурс работы после нанесения этих покрытий для твердосплавных пластин увеличивается в 3–5 раз, различного типа сверл – в 3.5 раза , проходных рез цов – в 2 раза, т.е. разработанные слоистые покрытия должны быть эффективны в качестве защитных покрытий инструментального назначения. Также получены экспериментальные образцы корпусов и головок с нанесенными на их рабочую поверхность слоистыми нанокомпозитными покрытиями для работы комбинированных клапанов компрессоров производства полиэтилена высокого давления. Проведенные эксплуатационные испытания показали, что ресурс работы оборудования с использованием обработанных деталей увеличивается более чем в 2 раза. С использованием оборудования центра коллективного пользования также реализуются следующие крупные проекты:  создание многопрофильного производства пористых наноструктурных неметаллических неорганических покрытий (проект реализуется совместно ГК «Роснанотех» и З АО «ЭлеСи», создано предприятие ЗАО «МАНЭЛ») [4];  разработка оригинальных технологий полупроводниковых материалов и наноструктур с заданными функциональными свойствами и создание, организация производства и вывод на рынок квантово-чувствительных сенсоров, преобразователей, элементов, устройств и систем функциональной наноэлектроники широкого назначения (проект реализуется при участии ряда промышленных предпри29

научно-техническая политика ятий, том числе с ОАО «Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов»);  разработка и реализация серийного производства неорганических и органических нано- и субмикронных порошков и материалов на их основе пневмоциркуляционными методами с применением самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (проект реализуется совместно с ООО «Научно-производственное объединение «МИПОР») [5];  разработка методологии изучения биобезопасности наноматериалов. Образовательная деятельность в ТРЦКП организована с использованием современных исследовательских комплексов (аналитического и технологического оборудования), отвечающих мировым стандартам по техническим и эксплуатационным характеристикам приборного парка, и является частью целостной многоуровневой образовательной системы подготовки и переподготовки кадров нового поколения для наноиндустрии [6]. Направления образовательной деятельности ТРЦКП:  обеспечение подготовки кадров высшей квалификации и реализация индивидуальных образовательных траекторий для магистрантов с использованием оборудования ТРЦКП;  организация стажировок, курсов и программ повышения квалификации в ТРЦКП научных сотрудников, аспирантов, докторантов вузов и на учных учреждений, а также сотрудников других организаций и представителей зарубежных научных и образовательных организаций. В ЦКП реализуются 9 программ повышения квалификации, по результатам которых выдается удостоверение государственного образца. По заказу ГК «Роснанотех» разработана и реализована с использованием оборудования ТРЦКП программа профессиональной переподготовки «Методы и технологии формирования межфазных границ и наноструктурных неметаллических полифункциональных покрытий» (520 часов). Программа выполнена в рамках проекта «Разработка и апробация программы опережающей профессиональной переподготовки кадров и учебно-методического комплекса, ориентированных на инвестиционные проекты ГК «Роснанотех» в области многопрофильного производства пористых наноструктурных неметаллических неорганических покрытий». На базе ТРЦКП ежегодно проводится Школа-семинар сети центров коллективного пользования научного оборудования «Исследование и метрология наноматериалов». Первая школа-семинар была организована в ноябре 2008 года в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 годы» и ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 годы». Вторая школа-семинар проводилась в период с 12–16 октября 2009 года в рамках II Международ-

ной конференции с элементами научной школы для молодежи «Физика и химия наноматериалов» при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» и ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 годы». На этих Школах-семинарах участники прослушали лекции специалистов ведущих фирм-производителей на учного оборудования, посетили мастер-классы и практические занятия с использованием приборной базы ТРЦКП. В 2010 году школа приобрела более прикладной характер, была усилена метрологическая составляющая мероприятия. Третья школа-семинар прошла в ноябре 2010 года в рамках Всероссийской конференции «Взаимодействие вузов и НИИ с предприятиями в рамках разработки и реализации программ инновационного развития предприятий. На учная и метрологическая поддержка комплексных проектов по созданию высокотехнологичного производства» (8–13 ноября 2010 года). Для участия в мероприятии были приглашены представители отделений Центра метрологического обеспечения нанотехнологий и продукции наноинду стрии РФ (ЦМО), специалисты-операторы центров коллективного пользования вузов и академических институтов, а также представители предприятий и вузов, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства, – победителей конкурса по Постановлению Правительства РФ № 218 от 9 апреля 2010 года. В рамках III школы-семинара традиционно прошли курсы повышения квалификации с использованием современного аналитического оборудования ЦКП. Мероприятие стало информационным полем для обмена мнениями и диску ссий между руководителями отделений ЦМО и представителями предприятий реального сектора экономики по вопросам потребности отраслей промышленности РФ в разработке новых стандартных образцов продукции и методик измерений параметров материалов, а также выявления необходимости создания новых нормативно-методических документов, регулирующих деятельность промышленности, и актуализации действующих. Участие в работе представителей метро логических отделений и центров коллективного пользования, созданных на базе институтов академических на ук и вузов РФ, позволило наладить на учно-технические связи для эффективного использования уникального измерительного и испытате льного оборудования и потенциа ла высококвалифицированных научных кадров ЦКП, а также повышения квалификации специалистов ЦКП в области обеспечения единства измерений. Сегодня Томский региональный центр коллективного пользования – это неотъемлемая часть инфраструктуры подготовки кадров для на уки, высшей школы, реального сектора экономики, развития научных разработок и фундаментальных исследований для наноиндустрии, метрологического обеспечения новых технологий.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Водянкина О.В., Курина Л.Н., Петров Л.А., Князев А.С. Глиоксаль // М.: Академия. 2007. С. 248.

2. Шаркеев Ю.П., Поленичкин В.К., Белявская О.А. Перспективы применения ультрамелкозернистого титана в дентальной имплантологии. // Материалы международной научнопрактической конференции «Состояние и перспективы трансплантологии». 8–10 октября 2008 г. Минск: Белорусская наука. 2008. С. 116–118.

3. Лотков А.И., Псахье С.Г., Князева А.Г., Коваль Н.Н., Коротаев А.Д. и др. Наноинженерия поверхности. Формирование неравновесных состояний в поверхностных слоях материалов методами электронно-ионно-плазменных технологий / Рос. АН. Сиб. отд-е. Ин-т физики прочности и материаловедения. Новосибирск: изд-во СО РАН. 2008. С. 276.

4. Мамаев А.И., Мамаева В.А., Бориков В.Н., Дорофеева Т.И. Формирование наноструктурных неметаллических неорганических покрытий путем локализации высокоэнергетических потоков на границе раздела фаз: Учеб. пособие. Томск: Изд-во Том ун-та. 2010. С. 360.

5. Бирюкова Ю.А., Бузник В.М., Дунаевский Г.Е., Ивнин И.В., Ищенко А.Н., Лернер М.И., Лымарь А.М., Объедков А.Ю., Псахье С.Г., Цветников А.К. Ультрадисперсные и наноразмерные порошки // Томск. изд. НТЛ. 2009. С. 192.

6. Бабкина О.В., Дунаевский Г.Е. Роль ЦКП в подготовке научно-педагогических кадров. Сборник материалов научно-практического совещания «Центры коллективного пользования научным оборудованием в современном секторе исследований и разработок» под общей редакцией Качака В.В. // Министерство образования и науки. М. 2010. С. 55–57.

30

Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

научно-техническая политика

Томский региональный центр коллективного пользования

Базовая научная организация или вуз, на территории которых располагается ЦКП: Томский государственный университет, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (Соглашение о консорциуме между ТГУ и ИФПМ СО РАН от 27 ноября 2006 года). Год создания ЦКП, номер соответствующего приказа: приказ ректора № 995 от 30 ноября 2006 года. Общая численность сотрудников ЦКП: 68 человек. Количество организаций – пользователей ЦКП в 2007–2009 гг. (по годам): 2007 г. – 23, 2008 г. – 51, 2009 г. – 66, 2010 г.– 78. Руководитель ЦКП: к.х.н. Бабкина Ольга Владимировна. Реквизиты ЦКП: 634050, Томская обл., г. Томск, просп. Ленина, 36, тел./факс: (3822) 53-48-45.

E-mail: ckp@mail.tsu.ru Cайт: http://ckp.tsu.ru В структуру ЦКП входят: Томский региональный центр коллективного пользования научным оборудованием (ТРЦКП) объединяет ЦКП «Нанотех» ИФПМ СО РАН и 12 профильных центров со стороны Томского государственного университета:  Томский материаловедческий центр коллективного пользования;  ЦКП экологии, генетики и охраны окружающей среды (Экоген);  «Центр радиофизических измерений, диагностики и исследования параметров природных и искусственных материалов»;  ЦКП «Физика ионосферы и электромагнитная экология»;  ЦКП «Нанокомпозит»; W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

 Центр коллективного пользования высокопроизводительными вычислительными ресурсами;  ЦКП «Центр проектирования технологических разработок и изделий»;  ЦКП «Аналитический центр геохимии природных систем»;  Центр коллективного пользования сорбционных и каталитических исследований;  Химико-аналитический центр коллективного пользования;  ЦКП «Лазерные технологии»;  Центр биотестирования безопасности нанотехнологий и наноматериалов «Биотест-Нано». Перечень оборудования ЦКП (основные единицы):  Дилатометр горизонтальный DIL 402PC, Netzsch-Geratebau GmbH, Германия  Термоанализатор синхронный STA409РС, Netzsch-Geratebau GmbH, Германия  Фурье-спектрометр Tensor 27, Bruker Optik GmbH, Германия  Спектрофотометр Cary 100, Varian, Inc., Австралия  Квадрупольный масс-спектрометр QMS 403 CF Aeolos, Netzsch-Geratebau GmbH, Германия  Спектрофлуориметр СМ2203 с функцией спектрофотометра, ЗАО «Солар», Беларусь  Импульсный твердотельный лазер LS-2132UTF, LOTIS TII, Беларусь  Рентгенофлуоресцентный спектрометр волнодисперсионный последовательного действия Shimadzu XRF 1800, Shimadzu, Япония 31

научно-техническая политика

 Рентгенофлуоресцентный анализатор металлов Альфа-8000 LZX, Innov-X Systems, США  Рентгеновский дифрактометр XRD6000, Shimadzu, Япония  Универсальная настольная электромеханическая испытательная машина Instron 3369, Instron, США  Микроскоп электронный просвечивающий СМ 12, Philips, Нидерланды  Установка ионного утонения (оборудование для подготовки проб), Gatan 600, GATAN, США  Микроскоп электронный сканирующий Quanta 200 3D с электронным и ионным пучком, FEI Company, США  Сканирующий электронный микроскоп SEM 515, Philips, Нидерланды  Микроскоп сканирующий зондовый Ntegra (Усовершенствованная учебная нанолаборатория), ЗАО «НТ-МДТ», Россия  Атомно-силовой микроскоп с вакуумной камерой Solver HV, ЗАО «НТ-МДТ», Россия  Микроскоп оптический металлографический BX-51, Olimpus, Япония

 Микроскоп оптический металлографический GX-71F, Olimpus, Япония  Хромато-масс-спектрометр Thermo Finnigan DSQ-EI/250, Textronica, Швейцария  Анализатор многоканальный атомно-эмиссионных спектров МАЭС, Россия  Климатическая камера «Тепло, холод, влага», ООО «Волгоград электронмаш», Россия  Универсальный твердомер с автоматическим датчиком силы по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу, Duramin-500, Stuers А/S, Дания  Автоматический комплекс для измерения микротвердости на базе микротвердомера Duramin-5, Stuers А/S, Дания  Полуавтоматический шлифовально-полировальный станок TegraPol-15 с держателем образцов TegraForse-1, Stuers А/S, Дания  Настольный прецезионный отрезной станок с регулируемой скоростью Secotom-10, Stuers А/S, Дания  Трибометр, работающий по схеме Pin-on-Disk, Tribotechnik, Франция  Сервогидравлический универсальный высокоскоростной испытательный стенд Instron 8800 модель VHS 40/50-20, 50 кН, Instron, США  Анализатор Malvem Zetasizer Nano-ZS, Malvem, США  Анализатор лазерный дифракционный Malvem Mastersizer 2000, Malvem, США  Анализатор удельной поверхности и пористости методом физсорбции TriStar 3000, Micromeritics, США  Микроскоп инвертированный AxioVert 200 с микроманипулятором, Zeiss, Германия  Микроскоп Axio Imager Z1 с блоком улучшения контрастности изображения ApoTome, Zeiss, Германия  Микроскоп исследовательский Axio Imager A1, Zeiss, Германия  Автоклав горизонтальный настольный Tuttnauer модели 2340 МК, Tuttnauer  Термостат Binder BD-53, Binder, Германия  Автоматическая система капиллярного электрофореза для определения структуры ДНК S-2N, Hitachi, Япония  Векторный анализатор цепей Е8363В, Agilent Technologies, США  Измеритель модуля передачи и отражения Р2М-04, ООО «Микран», Россия  Измеритель модуля передачи и отражения Р2М-04, ООО «Микран», Россия  Спектрометр субмиллиметровый МАСС–4, Центральное конструкторское бюро уникального приборостроения, Россия  Ионозонд – Диназонд, Scion Associates Inc., США  Двухканальный магнитометрический комплекс, LEMI, Украина  Цифровая магнитовариационная станция, ИЗМИРАН, Россия  Стандарт частоты и времени водородный VCH-1006, ЗАО «Время-Ч», Россия

»nanorf.ru новости • 32

аналитика • карьера

Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

научно-техническая политика  16-канальный анализатор спектра А17-U16, ЗАО «Электронные технологии и метеорологические системы – ЗЭТ», Россия  Дифференциальный микробарометр (3 шт), ИЗМИРАН, Россия  Станция мониторирования Protocol FlexNet Acuity, Welch Allyn США  Монитор измерения артериального давления и частоты пульса (2 шт.), ООО «Петр Телегин», Россия  Холтеровский монитор ЭКГ (3 шт.), ООО «Валента», Россия  Комплекс аппаратно-программный электроэнцефалографический «Мицар ЭЭГ-03/35-201» (2 шт.), ООО «Мицар», Россия  Комплект приборов «Циклон-05М», Зав. № 1017, № 1017, № 1073, № 1174, ФГУП «НПП «Циклон-Тест»», Россия  Портативный счетчик аэроионов «МАС-01», ООО «НТТМЗащита», Россия  Вычислительный кластер СКИФ Cyberia, НРС-0011025-001, Т-Платформы, США  Система рентгеновского энергодисперсионного микроанализа Oxford INCA Energy350, Oxford Instruments, Великобритания  Электронный микроскопом VEGA II LMU, Tescan, Чехия  Оптический поляризационный микроскоп, Leica, Германия  Цветная цифровая камера высокого разрешения DFC280 R2, Olimpus, Япония  Рентгено-флуоресцентный энергодисперсионный спектрометр Oxford ED-2000, Oxford Instruments, Великобритания  Квадрупольный ICP MS – спектрометр серии Agilent 7500 с системой лазерной абляции New Wave UP213A/F, Agilent Technologies Inc., США  Термоанализатор синхронный STA409РС, Netzsch-Geratebau GmbH, Германия  Лабораторный комплекс для подготовки проб к спектральному анализу, MilleStone, Германия  Газовый анализатор высокого давления High Pressure Anelizers QMS 300, Stanford Research System, США  Хроматограф Кристалл 5000 (4 шт.), ЗАО СКБ «Хроматэк», Россия  Установка для определения срока службы каталитических систем окислительных процессов, ООО «Кварта», Россия  Лабораторный каталитический комплекс, Россия  Анализатор удельной поверхности и пористости Tristar 3020, Micromeritics, США  Ротационный испаритель Laborota 4003  Анализатор хемосорбции ChemiSorb 2750, Micromeritics, США  Термостат Huber, Германия  Каталитическая установка для исследований процессов в условиях повышенных давлений, ООО «Катакон», Россия  Титратор DL 15, Matler-Toledo AG, Analytical, Швейцария  Стенд лабораторный испытательный, Россия  Жидкостной хроматограф Agilent LC1200, Agilent Technologes, США  Атомно-эмиссионный спектрометр «Гранд» с многоканальным анализатором эмиссионных спектров, ООО ВМК Оптоэлектроника, Россия  Раман-Фурье-спектрометр Nicolet NXR 9650, Thermo Electron Corp., США  ИК-Фурье спектрометр Nicolet 6700 с ИК-микроскопом, Thermo Electron Corp., США  Спектрометр УФ- и видимой области спектра Evolution-600, Thermo Electron Corp., США  Атомно-абсорбционный спектрофотометр SOLAAR S2, SOLAAR, США  Спектрофлуориметр RF-5301 PC, Shimatzu, Япония  Ультрацентрифуга Allegra 64R, Beckman Coulter, США  Лабораторная установка для экспериментального исследования процессов лазерной резонансной абляции, ТГУ, Россия W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

 Лазерный комплекс с дискретной и непрерывной длиной волны «LITT-DYE», ООО «ЛИТТ», Россия  Мутномер портативный HACH 2100P, Hach, США  Ламинарный шкаф Purifier Logic II класса биологической защиты, Labronco Corp., США  Сухожаровой стерилизатор MOV 212S, Sanyo Electric Co., Ltd., Япония  Бокс защитный 6БП-10ОС, № 2, Россия  Ультразвуковой гомогенизатор HD2200, Bandelin, Германия,  Звукозащитный бокс для гомогенизатора LS 7, Bandelin Германия  Прибор «Концентратомер Биотестер-2», Спектр-М, Россия  Спектрофлуориметр RF-5301PC, Shimatzu, Япония  Центрифуга Элекон-02, № 0004-04, Элекон-М, Россия  Климатостат Р2, № 02010117, Омикрон, Россия  Камера климатическая MLR-351, Sanyo Electric Co., Ltd., Япония  Микробиологический инкубатор MIR-162 (3 шт.), Sanyo Electric Co., Ltd., Япония  Культиватор водорослей многокюветный КВМ-05 (5 шт.), Омикрон, Россия  Оборудование ЦКП «Нанотех»  Оптический интерференционный профилометр New View 6200, Zyga, Германия  Комплекс для аттестации структуры материалов Nanotest 600 (Нанотвердомер), Micro materials, Великобритания  Прибор для измерения средних размеров частиц CPS Disc Centrifuges, CPS Instruments, Inc., США  Анализатор удельной поверхности «МЕТА», ЗАО «МЕТА», Россия  Рентгенофлуоресцентный спектральный анализатор S4 Pioneer, Bruker, Германия  Оптический микроскоп AXIOVERT-200MAT, Zeiss, Германия  Рентгеновский дифрактометр «ДРОН-07», Буревестник, Россия  Растровый электронный микроскоп LEO EVO 50, Zeiss, Германия  Измеритель напряжений в тонких пленках FLX-2320-S Film Stress Measurement System, Toho Technology Corporation, Япония  Испытательная машина INSTRON 5582, США  Шлифовально-полировальный станок MECAPOL P 230, Zeiss, Германия  Микроскоп Solver P47H мультимодовый сканирующий зондовый, NT-MDT, Россия  Универсальная испытательная машина LFM-125, Walter+Bai AG, Швейцария 33

научно-техническая политика Услуги, оказываемые ЦКП:  проведение структурных исследований металлических, полупроводниковых, керамических, полимерных материалов методами просвечивающей электронной микроскопии и просвечивающей растровой электронной микроскопии;  проведение исследований поверхности металлических, полупроводниковых, керамических, полимерных и биологических материалов методами растровой электронной и атомно-силовой микроскопии;  рентгеноструктурный анализ объемных материалов и тонких пленок;  оптическая металлография;  исследования элементного состава и пространственного распределения элементов по объему образцов методами рентгеноспектрального анализа;  химический анализ объектов окружающей среды, медицинских препаратов и сложных природных объектов органического и неорганического происхождения;  определение каталитической активности твердофазных катализаторов в широком спектре газофазных реакций, хроматографический анализ газо- и жидкофазных сред; постановка хроматографических анализов;  измерение температурных зависимостей комплексных значений магнитной и диэлектрической проницаемости конденсированных сред в диапазоне частот до 100 ГГц;  измерения влажности: нефти, спирта, устойчивого увядания растений, сыпучих материалов, грунта, почв и почвенных вытяжек, таблеточной массы, табака, шихты, бумаги;  измерение почвенных гидрологических констант, электрофизических характеристик биологических тканей;  измерение магнитных свойств ферритов: намагниченности насыщения, констант анизотропии, параметров петли гистерезиса, спектров магнитной проницаемости (естественный ферромагнитный резонанс, резонанс доменных границ);  измерение амплитудно-частотных характеристик СВЧустройств различного назначения;  томография сред с поглощением;

 дистанционное исследование лесного покрова Земли;  диагностика радиоактивности;  установление природы и количества химических компонентов, присутствующих в различных системах: металлы, полимеры, керамика и композиты на их основе, а также объекты окружающей среды;  приготовление, световая микрофотосъемка и микрометрические измерения цитологических препаратов. Микрофотосъемка методами темного поля, DIC-контраста (микроскопия неокрашенных препаратов);  работа с нуклеиновыми кислотами: амплификация, электрофорез в агарозном геле, векторное клонирование;  приготовление хромосомно- и район-специфичных ДНКбиблиотек методом микродиссекции на основе цитологических препаратов хромосом. Проведение флуоресцентной in-situ-гибридизации с использованием полученных ДНКбиблиотек;  иммунохимическое окрашивание цитологических объектов флуоресцентными носителями с последующим микрофотографированием препаратов. Получение трехмерных микрофотографий флуоресцентно окрашенных объектов (цитологических препаратов) при помощи системы улучшения качества изображения Apo Tome;  оперативное представление данных в Росгидромет, ежечасные ионосферные данные в стандарте URSi; проведение циклов измерений уникальных событий на Солнце и в околоземном космическом пространстве;  измерение уровня электромагнитных полей в диапазоне промышленных частот в стационарных, полевых и передвижных условиях;  поверка стандартов частоты, измерение частотной и фазовой стабильности сигналов с помощью пассивного водородного стандарта частоты и времени;  измерение и анализ производственных шумов, цифровых сигналов;  контроль состояния человека в сложных производственных условиях;  аттестация рабочих мест.

ИнформНаука агентство научной информации

10 лет на ры

нке научно -техни инфор ческой мации

Над чем работают *** российские ученые? Мы ждем новостей из первых рук. Присылайте пресс-релизы, свежие научные статьи, доклады http://www.strf.ru, раздел Информнаука +7 (495) 930-88-50, 930-87-07 e-mail: editorial@informnauka.ru Р О С С И Й С«МК» К И Е Н А Н Ои Т Е другие Х Н О Л О Г И И |федеральные Т О М 6 | №1- 2 2 011 | WСМИ W W. N A N O R F. R U Наши подписчики: «Известия», «Вокруг cвета», 34

в мире нано

Игнат Соловей

Экспертиза инновационных проектов: нанотехнологии

Согласно Постановлению № 219 Правительства РФ, важная составляющая иннова ционной инфраструкту ры – проведение научно-технической экспертизы в сфере трансфера технологий с привлечением российских и иностранных экспертов. Серьезные шаги к созданию центра научно-технической экспертизы были предприняты в НИУ МФТИ, где эту деятельность ставят в ряд приоритетных н аправлений р азвития института. Существенный импульс в развитии научно-технической и инновационной и нфраструктуры М ФТИ был получен в резуль тате выполнения МФТИ инновационной образовательной программы «На укоемкие технологии и экономика инноваций в 2006–2007 годах». В рамках программы созданы на учно-исследовательские структуры, деятельность которых позволила увеличить объем выполняемых исследований и изменить их структуру в сторону существенного увеличения доли ОКР. Сегодня в вузе функционирует 47 на учно-исследовательских структур (лабораторий и центров), к числу которых относятся научно-образовательные центры и учебно-научные лаборатории. Среди сотрудников института 670 имеют степень доктора наук, 824 – степень кандидат наук. В 2 009 г оду М ФТИ в р езультате открытого конкурса получил стату с национального и сследовательско-

го университета. В последние годы МФТИ активно проводит работу по адаптации «Системы Физтеха» для решения задач партнерства на уки, образования и бизнеса. В институте реализуется ок оло 3 0 о бразовательных проектов (общая численность студентов и аспирантов в этих проектах свыше 500 человек) для решения таких задач на основе отработки новых форм взаимодействия с компаниями, успешно функционирующими на рынке высоких технологий. В 2008–2009 годах сотрудники МФТИ уже участвовали в экспертизе проектов РФФИ, ГК «Роснанотех» и др. Использование экспертного потенциала Физтеха и его базовых организаций в оценке венчурных проектов для ведущих фондов и управляющих компаний – перспективное направление работы инновационной инфраструктуры МФТИ. В настоящее время институт получил право проведения научно-технической экспертизы венчурных инвестиционных проектов в сфере нанотехнологий для Закрытого акционерного общества «У правляющая компания «Тройка Диалог». Координация экспертных процедур в МФТИ закреплена за Центром развития инновационной инфраструктуры под руководством к.т .н. А.А. Муравьева. Э то подразделение уже в течение двух лет успешно ведет работу по развитию и сопровождению проектов, а также координиру ет дея-

W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

тельность экспертных групп в рамках разработки проектов технологических платформ. К проекту НТЭ для ЗАО «Управляющая компания «Тройка Диалог» были привлечены ведущие ученые из таких академических институтов, как ФИАН, ИСАН, ИБХ и государственного научного института ТРИНИТИ. За 2010 год в рамках этого договора были проведены 3 этапа экспертизы для 2 проектов и предварительная экспертиза 1 проекта. К проведению экспертизы в роли координаторов были привлечены 5 сотрудников МФТИ, имеющих ученую степень д о к т о р а н ау к , и н д е к с ц и т и р ов а ния работ более 400 в соответствии с базой Web of Science, состоящих в российской базе «Корпу с экспертов по естественным наукам» и ведущих в настоящее время активную на учноисследовательскую деятельность в следующих областях: • функциональные наноматериалы; • высокодисперсные, высокопористые и другие материалы, выключающие субмикронные фрагменты; • наноэлектроника: физические принципы и объекты новой цифровой наноэлектроники; • объекты для квантовых вычислений и квантовых телекоммуникаций; • наноэлектронные источники и детекторы; • нанофотоника и коротковолновая нелинейная оптика; • сенсоры на основе наноструктур и наноматериалов; • бионанотехнологии; • наномедицина и диагностика; • микро- и наномеханика, нанотрибология и нанофлюидика. Интерес, проявленный учеными с мировым именем к этому проекту, и их готовность стать на учными координаторами и экспертами неслучайны – ведь со временем становится все более очевидно, что подобная форма взаимодействия – одна из ключевых точек соприкосновения интересов инновационной экономики и фундаментальной науки. Всего же в соответствии с заключенным Договором до ноября 2011 года МФТИ проведет предварительную экспертизу 40 проектов и детальную экспертизу 8 проектов, а стоимость оказанных у слуг составит 8.5 млн руб. По материалам пресс-службы Инновационного центра МФТИ 35

в мире нано

I Всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых «Функциональные наноматериалы для космической техники»

Idaho National Laboratory

Заместитель председателя оргкомитета Школы-семинара Г.Г. Бондаренко

I Всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых (до 35 лет) по тематическому направлению деятельности национальной нанотехнологической сети «Функциональные наноматериалы для космической техники», организованная при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (государственный контракт № 16.647.12.2002), состоялась 1–3 декабря 2010 г. в Московском государственном институте электроники и математики (техническом университете) – МИЭМ. Председатель организационного комитета Школы-семинара – и.о. ректора МИЭМ д.т.н., профессор В.П. Кулагин. Цель Школы-семинара – повышение качества подготовки и уровня квалификации студентов, аспирантов и молодых ученых в области тематического направления деятельности национальной нанотехнологической сети «Функциональные наноматериалы для космической техники» на основе организации взаимного конструктивного обмена мнениями, данными и знаниями о состоянии и тенденциях развития данного направления. В работе Школы-семинара приняли участие более 100 студентов, аспирантов и молодых уч еных из вузовских, 36

академических и отраслевых организаций семи регионов Российской Федерации (Москва, Московская область, Санкт-Петербург, С амара, С аратов, Калуга, Кострома). Программа школысеминара включала в себя выступления с докладами и лекциями ведущих ученых и представителей реального сектора экономики по данному тематическому направлению, проведение мастер-классов и семинаров с элементами инженерного тренинга преподавателями МИЭМ и других организаций. На п ленарном з аседании в ыступили с докладами Л. Новиков (НИИ ядерной физики им. Д. Кобельцына) «Наноматериалы и нанотехнологии в космонавтике», В. Ковалев (МГУ им. М.В. Л омоносова) « Моделирование физико-химических процессов и течений в микро- и наноструктурах», А. Жуков (Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем») «Проблемы применения функциональных материалов при создании перспективных изделий космической техники». Их сообщения были посвящены оценке тенденций и базовых направлений развития исследований поведения материалов в космосе, технологий создания и применения функциональных

наноматериалов в космической технике в России и в мире. В частности, в докладе Л. Новикова был представлен обобщенный прогноз развития (на 20 лет) космических нанотехнологий и внедрения наноматериалов в космическую технику. В соответствии с представленной прогностической схемой, в ближайшие годы (до 5 лет) ожидается появление и начало практического применения нескольких классов наноматериалов. Прежде всего речь идет о новых конструкционных материалах на основе наночастиц и нанотрубок, которые позволят резко снизить вес космического аппарата без ущерба для его прочности. Другое успешно развиваемое направление – наноэлектроника с использованием углеродных нанотрубок и иных наноструктур. В дальнейшем планируется создание стойких к воздействию космической радиации молекулярных компьютеров и биокомпьютеров, реализация проекта строительства «космического лифта» на основе сверхпрочного троса (изготовленного, как ожидается, из жгутов углеродных нанотрубок) протяженностью от земной поверхности до геостационарной орбиты, разработка биосенсоров, использующих эффект «молекулярного распознавания», создание сенсорных сетей для диагностики состояния среды в окрестности Земли и других планет, а также систем нанороботов, способных выполнять масштабные работы в космосе. Было отмечено, что для успешной реализации перспективных программ развития космических нанотехнологий и внедрения нанома териалов в космическую технику еще предстоит решить целый ряд сложных фундаментальных и прикладных задач, связанных с созданием новых уникальных наноматериалов с необходимыми для их применения в космической технике свойствами, а также с изучением поведения наноматериалов и изделий на их основе в у словиях космического пространства. Для решения этих задач необходимо создать физико-математические модели, адекватно описывающие структурные особенности нано-

Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U

материалов и механизмы воздействия факторов космического пространства различной природы на наноструктуры, разработать технологические и испытательные установки нового поколения для производства наноматериалов и исследования изменения их свойств в космической среде, подготовить и провести космические эксперименты по тестированию наноматериалов и изготовленных из них изделий. При этом одна из важнейших задач, от решения которой во многом зависит у спех развития работ в д анной области, – э то подготовка специалистов, обладающих необходимым комплексом знаний и практических навыков. Весьма информативной для участников школы-семинара была лекция Б. Ишханова (МГУ им. М.В. Ломоносова) «Физические у словия в к осмическом пространстве». В ней в яркой и популярной форме были изложены сведения о составе и основных параметрах космического излучения, радиационных поясах Земли, магнитосферной плазме, солнечном ветре; кроме того, был дан обзор результатов исследований космической радиации на станции «Мир», Международной космической станции (МКС), искусственных спутниках Земли серий «Молния», «Г лонасс», «Горизонт», «Экспресс» и др. Важной составляющей образовательной программы Школы-семинара стало проведение мастер-класс ов: «Углеродсодержащие наноструктуры как основа функциональных наноматериалов для космической техники» (В. Рыбалко, МИЭМ), «Основы методов получения наноструктур и полимерных нанокомпозитов для использования в качестве функциональных материалов космической техники» (Н. Чеченин, НИИ ядерной физики МГУ), «Рентгеновская рефлектометрия – универсальный метод определения параметров сверхгладких поверхностей, наноразмерных пленок и многослойных структур на их основе» (И. Смирнов, МИЭМ), «Основы технологии CUDA» (А. Казеннов, МФТИ). Основная задача мастер-классов – познакомить студентов, аспирантов и молодых ученых с основами создания и технологий получения наноматериалов, их возможностями и перспективами для использования в космической технике, сформировать и расширить у участников Школы-семинара представление о физических явлениях, лежащих в основе поведения разработанных к настоящему времени наноразмерных объектов, функциональных материалов, технологических процессах их полу-

Argonne National Laboratory

в мире нано

чения, формирования и изготовления структур для космичес кой техники, физических принципах их эксплуата ции в условиях космической среды, а также их физико-химических характеристиках, дать участникам школысеминара сведения об особенностях применения наномодифицированных функциональных материалов в космической технике. Полезные п рактические н авыки использования современных методик исследования наноматериалов были получены мо лодыми участникам и Школы-семинара в п роцессе с еминарских занятий с элементами инженерного тренинга: «Сканирующая зондовая микроскопия в исследовании поверхностной структуры материала» (Б. Львов, А. Николаевский, МИЭМ), «Молекулярно-динамическое моделирование конденсированных сред с применением графических у скорителей» (И. Морозов, Институт высоких температур РАН). На секционных заседаниях были заслушаны доклады студентов, аспирантов и молодых ученых по направлениям: физические основы воздействия факторов космического пространства на материалы; математическое моделирование наноструктур; основы создания и технологии получения функциональных наноматериалов для космической техники; перспективные функциональные наноматериалы для космической техники. Среди вопросов, которым уделялось особое внимание, можно отметить следующие: деградация оптических элементов космического аппарата при воздействии потока высокоскоростных частиц; иссле-

W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | №1- 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

дование элементного состава микрометеороидов и частиц космического мусора с помощью пленочных структур; полимерные композиции на основе термопластичного полиимида с повышенной устойчивостью к воздействию атомарного кислорода; полимерные нанокомпо зиты для систем радиационной защиты космических аппаратов; радиационноиндуцированные изменения углеродуглеродных волоконных материалов; упругие и электронные свойства модифицированного графена – графана; перспективные жаростойкие наноматериалы в ракетно-космической технике; моделирование воздействия ионизирующих излучений на МДП-структуры с наноразмерными диэлектрическими пленками; повышение инжекционной и р адиационной с тойкости н аноразмерных диэлектрических пленок МДПприборов; расчет тепловых деформаций и напряжений в многослойных наноструктурах оптических узлов для космической техники и др. Информация о Школе-семина ре размещена на специально созданном для освещения ее работы веб-сайте www.schs.miem.edu.ru и федеральном интернет-портале «Нанотехнологии и наноматериалы». В мае 2011 года в Московском государственном институте электроники и математики (техническом университете) – МИЭМ, в соответствии с заданием Министерства образования и на уки РФ, будет организована II Всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых «Функциональные наноматериалы для космической техники».

37

в мире нано

II ЕЖЕГОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ И ВЫСТАВКА «НАНОТЕХНОЛОГИИ В ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ» Министерство образования и науки РФ, Министерство промышленности и торговли РФ, ГК «Роснанотехнологии», Нанотехнологическое общество России и Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина с 12 по 14 апреля 2011 г. в МГТУ имени А.Н. Косыгина проводят II Ежегодную научно-практическую конференцию и выставку «Нанотехнологии в текстильной и легкой промышленности». Пленарные заказные доклады будут представлены 12 апреля 2011 г. с 10:00 до 13:00. Одновременно в информационно-выставочном центре вуза с 12 по 14 апреля 2011 г. пройдет выставочная сессия с представлением новейших достижений в области наноматериалов и нанотехнологий в тек-

стильной и легкой промышленности и смежных с ними облас тях, а также будут представлены стендовые доклады участников. В работе конференции и выставки примут участие представители министерств, высших учебных заведений, академических и отраслевых научно-исследовательских институтов, научно-производственных фирм и промышленных предприятий. Контакты: Тел. (495) 955-35-42, 8-903-169-32-93 – Градсков Владимир Николаевич (куратор мероприятия) E-mail: gvn@staff.msta.ac.ru, mgtexu_nanotech@mail.ru

IV ШКОЛА «МЕТРОЛОГИЯ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ В НАНОТЕХНОЛОГИЯХ И НАНОИНДУСТРИИ. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ» ГК «Роснанотех», Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии и Сибирское отделение РАН в период с 25 по 29 апреля 2011 г. в Новосибирском научном центре проведут IV Школу «Метрология и стандартизация в нанотехнологиях и наноиндустрии. Функциональные наноматериалы». Цель Школы — повышение квалификации специалистов компаний наноиндустрии, центров коллективного пользования, испытательных центров и лабораторий в области метрологического обеспечения производств, испытаний продукции наноиндустрии и стандартизации. Программа Школы будет включать лекции, устные и стендовые доклады. Также в рамках Школы будут представлены презентации современного исследовательского и метрологического оборудования для наноиндустрии от ведущих производителей. Научные направления Школы: Работа Школы пройдет в рамк ах последовательно действующих секций по направлениям: • Измерительные и испытательные возможности национальной нанотехнологической сети. Потребности компаний наноиндустрии РФ в развитии базы актуальных методик и стандартов

• Методы контроля технологических процессов получения и характеризации функциональных наноматериалов: a) дисперсные наноматериалы (нанопорошки, нанотрубки, катализаторы, ансамбли нанообъектов и др.); б) объемные наноструктурные материалы (нанокомпозиты, пористые наноматериалы, нанокерамика и др.); в) наноструктурированные покрытия; г) тонкие пленки (гетероструктуры, сенсоры, и др.). Контакты: По вопросам регистрации и участия в Школе: Замулина Татьяна Владимировна Тел./факс: (383) 330-62-97 E-mail: zam@catalysis.ru По общим вопросам: Сухарев Валентин Сергеевич Тел.: (495) 988-53-88, доб. 1566 E-mail: valentin.sukharev@rusnano-mc.com Источник: http://conf.nsc.ru/nanomet-2011/invitation

VII ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ИННОВАТИКА–2011» С ЭЛЕМЕНТАМИ НАУЧНОЙ ШКОЛЫ ДЛЯ МОЛОДЕЖИ В Томске с 19 по 22 апреля пройдет VII Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Инноватика–2011» с элементами научной школы для молодежи. Научные направления конференции: • Инновационные технологии • Коммерциализация результатов интеллектуальной деятельности и правовая защита • Инновационная деятельность и патентно-информационные исследования

• Инновационное предпринимательство • Информационные технологии в инновационной деятельности • Управление качеством • Управление инновациями • Социальная инноватика Контакты: Оргкомитет конференции «Инноватика–2011»: тел. (3822)52-94-98, факс (3822) 52-98-23, http://tic.tsu.ru

II ВСЕРОССИЙСКАЯ ШКОЛА-СЕМИНАР СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ПО ТЕМАТИЧЕСКОМУ НАПРАВЛЕНИЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НАЦИОНАЛЬНОЙ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СЕТИ «ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИКИ» НИЯУ «МИФИ» 26–28 апреля 2011 г. проводит II Всероссийскую школу-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению деятельности национальной нанотехнологической сети «Функциональные наноматериалы для энергетики» в рамках направления 2 Федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2011 годы». Цель данного мероприятия – повысить качество подготовки и уровня квалификации студентов, аспирантов и молодых ученых в области тематического направления деятельности национальной нанотехнологической сети (далее – ННС) «Функциональные наноматериалы для энергетики» путем организации взаимного конструктивного обмена мнениями, данными и знаниями о состоянии и тенденциях развития науки и технологий.

38

Материалы, созданные в процессе выполнения работы, будут использованы в учебном процессе при обучении тематическому направлению развития ННС «Функциональные наноматериалы для энергетики». Аналитическая информация, полученная по результатам подготовки и проведения школ-семинаров, может быть использована для принятия управленческих решений при реализации президентской инициативы «Стратегия развития наноиндустрии». Контакты: Для заявок: Е-mail: APKostylev@mephi.ru (тел. +7 (495) 788-56-99 доб. 98-01) По общим вопросам: Председатель технического комитета Каргин Николай Иванович тел. +7 (495) 788-56-99, доб. 81-46, e-mail: NIKargin@mephi.ru Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | №1- 2 2 011 | W W W. N A N O R F. R U