Нанофантастика начинается с прозы

Источник материала:

Нанотехнологии, открывающие фантастические перспективы перед человечеством, уже стали опознавательным знаком науки высокой пробы. Но ученые пока только делают первые шаги к этим вершинам, добраться до которых можно будет лишь после того, как удастся решить множество задач в области молекулярной и атомной физики, материаловедения, разработки технических средств манипулирования веществом на атомарном уровне. По силам ли подобные цели отечественной науке? Об этом обозреватель «Р» беседует с первым заместителем председателя президиума Национальной академии наук Беларуси академиком Петром Витязем. 

— Петр Александрович, в мире уже создано более тысячи нанотехнологических компаний, в каждой уважающей себя стране есть соответствующие программы, обеспеченные миллиардами долларов. Все спешат, так как ставки высоки. Мы не запоздали со стартом? 

— Во всяком случае, среди стран бывшего СССР мы начали развивать это направление одними из первых. Другое дело, что наши цели должны соответствовать финансовым возможностям. Вот почему мы работаем не только по Государственной комплексной программе «Наноматериалы и нанотехнологии», годовой бюджет которой составляет более одного миллиона долларов, плюс примерно столько же средств удается привлечь по договорам, но и стремимся войти в  международные проекты с хорошим финансированием. Программа «Наноматериалы и нанотехнологии» состоит из шести разделов: синтез и использование фуллеренов и нанотрубок, получение композитов, сверхтвердых материалов, работы в области наноэлектроники, магнитных материалов, а также изучение физики и химии наноразмерных волокон. 

— О каких практических достижениях сегодня можно уже заявить? 

— Например, в Институте порошковой металлургии совместно с научно-производственным ЗАО «Синта» созданы технологии детонационного синтеза наноалмазов с использованием энергии взрыва и последующей их очисткой модифицированным жидким окислителем ракетного топлива «меланж», запасы которого в стране значительны, а утилизация представляет серьезные трудности. ЗАО «Синта», освоившее выпуск новой продукции, производит 2 тонны чистых наноалмазов в год, которые поставляются 30 предприятиям нашей страны, а также экспортируются в Россию, Украину, Тайвань, Индию, Германию, США, Чехию, Корею. В микродозах они используются в составе сверхтвердых покрытий режущего инструмента, увеличивая его долговечность. Применяются они также в узлах трения, которые получают защиту от износа на долгие годы, в радиоэлектронике и машиностроении, где упрочняют сверхтонкие пленки из драгоценных металлов. 

Синтезированные в особых условиях наноалмазы не имеют четкой кристаллической огранки, их округлая форма и высокое сродство с углеводородной основой масел, усиленное модификацией поверхности, обеспечивают их эффективное применение в составе смазок. Как показали производственные испытания, коэффициент трения благодаря таким добавкам снижается на 15–20 процентов, на 5–8 процентов сокращается потребление топлива двигателями внутреннего сгорания. Использование отечественных наноалмазов в твердых смазках позволило обеспечить «безызносную» эксплуатацию подшипников скольжения турбоагрегатов в белорусской энергосистеме. Полировальные пасты на основе наноалмазов, которые позволяют добиться молекулярного уровня взаимодействия материалов, успешно применяются для суперфинишной доводки и обеспечения предельно низкой шероховатости при полировке производимых в Беларуси бриллиантов и ювелирных изделий, полупроводниковых пластин. 

На могилевском предприятии «Композит» освоено промышленное производство комплексно-легированных медных сплавов и электродов контактной сварки объемом более 50 тонн в год. Благодаря нановключениям они имеют в 2–2,5 раза более высокую стойкость, что обеспечивает экономический эффект 15–20 тысяч долларов на тонну электродов. Разработали новинку ученые Могилевского государственного технического университета. 

— Одна из самых многообещающих сфер применения нанотехнологий – электроника. Каков наш потенциал и достижения отечественной науки в этой области? 

— Методы получения и свойства тонких пленок, и нанопроволоки, изготовленных с помощью вакуумно-термического, катодного и лазерного испарения, ионной имплантации, являются предметом широких исследований, ведущихся в БГУ, Физико-техническом институте, Гомельском государственном техническом университете имени П.О. Сухого, Институте физики имени Б.И. Степанова, Белгосуниверситете информатики и радиоэлектроники и в других научных центрах. Метод электролитического осаждения используется в Институте физики твердого тела и полупроводников, где впервые были получены нанопроволоки из редкого сплава меди длиной несколько десятков микрон и диаметром до 10 нанометров, которые можно использовать в качестве носителя информации устройств со сверхплотной записью. Чтобы было понятно, что это такое, достаточно сказать, что «изделие» формируется в треке от попавшей в материал элементарной частицы. 

— В планах нанотехнологических исследований наших институтов есть и работы в области космической и авиационной техники. По этому поводу приходилось слышать, что, мол, эта тематика интересна ученым чисто профессионально, но едва ли нужна стране.  

— Как и у всякой престижной тематики, у этой тоже находятся земные приложения. Институт тепло- и массообмена, а также Институт физики еще с советских времен использовали плазменные методы для исследования спецматериалов и стендовых испытаний объектов ракетно-космической техники. Наличие опытно-промышленных и лабораторных плазмотронов, специалистов по физике и диагностике плазмы явилось основой для плазменных методов синтеза нанопорошков, которые в свою очередь использовались нашими физиками для повышения эффективности работы самих плазмотронов. Ведь эти излучатели ионизированного газа очень расточительны, так как на потери тепла у них расходуется до 70 процентов подводимой энергии. Поэтому наши ученые сосредоточились на том, чтобы добиться повышения плотности подводимого теплового потока с помощью введенных в плазму нанопорошков, и в результате увеличили этот показатель в 50 раз! Такой подход реализован в новом плазменном реакторе для промышленной переработки дисперсных материалов. Удельные энергозатраты у него в 40 раз ниже, чем в обычном трехструйном плазмотроне, а температура выше. Это должно обеспечить снижение стоимости продукции и повышение конкурентоспособности плазмохимического синтеза как одного из основных методов получения нанопорошков. 

— Когда говорят о наноматериалах, то в первую очередь называют фуллерены и нанотрубки. Насколько мы продвинулись в этой области? 

— Для начала коротко, что это такое. Фуллерены – это выпуклые замкнутые наноразмерные многогранники, составленные из атомов углерода. Нанотрубки – свернутые в трубку графитовые плоскости. Эти структуры обладают многими удивительными свойствами и могут применяться в деталях наноэлектроники и компьютерной техники, для легирования синтетических алмазов, в сверхпроводящих системах, композиционных материалах, топливных элементах, сенсорных устройствах. Исследования по фуллереновой тематике относительно недавно начались в БГУ, где совместно с НПО «Планар» был создан технологический комплекс для получения фуллеренов с помощью лазерного и дугового испарения. Разработаны опытная технология получения и переработки фуллереновой сажи и углеродных нанотрубок, методы получения и диагностики фуллереносодержащих материалов, пленок и покрытий. Однако тормозом на пути промышленного применения новых материалов стала их высокая стоимость. В этой связи представляется перспективным разработанный творческим коллективом Института тепло- и массообмена под руководством академика Сергея Жданка принципиально новый подход к синтезу нанотрубок, позволяющий получать их в промышленных масштабах. 

— Работая с невидимыми невооруженным глазом объектами, необходимо иметь соответствующие инструменты. Предлагает ли наша наука что-либо в этой области? 

— Помимо использования известных методов рентгеноструктурного анализа, спектроскопии, трансмиссионной и сканирующей микроскопии для исследования наноструктур требуются атомные силовые микроскопы. Такие приборы были разработаны в Институте механики металлополимерных систем и сегодня производятся как этим научным центром, так и гомельским предприятием «Микротестмашины», предложившим с помощью ученых Института тепло- и массообмена свою версию прибора. Оба производителя поставляют такие микроскопы не только на внутренний рынок, но и на экспорт. Для обеспечения исследований на наноуровне отечественная наука предлагает и другие разработки. 

— Чего сегодня не хватает, кроме денег, разумеется, чтобы нанотехнологии заняли достойное место в нашей жизни? 

— Не хватает все же денег. По этой причине, например, пришлось отказываться от включения в программу очень достойных проектов. Опыт показывает, что инновационная политика и коммерциализация законченных разработок требуют не только проведения агрессивного маркетинга, но также привлечения значительных средств на аттестацию и сертификацию полученных материалов и изделий. Но наша промышленность сегодня не готова финансировать научно-исследовательские работы и инвестировать средства в эту область. Поэтому выходом из ситуации может быть проведение взаимовыгодных работ с мировыми сертификационными центрами. Перспективы широкого промышленного освоения в Беларуси наноматериалов мы связываем и с созданием соответствующего национального центра, который должен обеспечить качественно новый уровень разработок.