Классификация направлений нанотехнологий

В-третьих, характерной особенностью определений является их экономико-статистическая операциональность. Нанотехнологии представлены как явление, поддающееся количественной оценке, – это техники, инструменты, материалы, устройства, системы. Это делает их важным элементом цепочек создания стоимости, однако вопросы оценки вклада нанотехнологий в стоимость конечного продукта и пределов диверсификации существующих секторов производства при их применении требуют дополнительного рассмотрения.

В то же время обращают на себя внимание некоторые различия в указанных определениях. Прежде всего они касаются степени конвергентности и целевого назначения нанотехнологий. Так, в европейском варианте отмечается как интеграция различных технологий в границах наношкалы, так и их конвергенция с другими технологиями; выделяются отдельные сферы их применения. Японская версия подчеркивает инновационную природу нанотехнологии. К тому же европейское и японское определения со всей очевидностью отражают распространенное убеждение [3], что использование схожих «строительных элементов» (например, атомов и молекул) и инструментов анализа (микроскопы, компьютеры высокой мощности и др.) в различных научных дисциплинах может привести в будущем к синтезу информационных, био- и нанотехнологий.

Среди приведенных определений встречаются не только общие (базовые), но и так называемые «списочные», в том числе принятое в VII Рамочной программе ЕС. Обычно они формируются путем перечисления научно-технологических областей (направлений), которые относятся к соответствующей сфере. Как показывает случай с биотехнологиями, использование общего и списочного определений способствует эффективному решению различных задач в области статистики, анализа, научно-технической и инновационной политики. Так, базовые определения хорошо подходят для научных дискуссий, достижения консенсуса по общим вопросам, принятия рамочных политических решений. Списочные определения позволяют наладить коммуникацию с технологическими и производственными областями, где новые технологии могут иметь прикладное значение (например, для исследования рынков и компаний), а также обеспечить создание более строгой системы отбора и экспертизы проектов. В конечном итоге это позволяет повысить точность и достоверность получаемой информации.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2 История развития нанотехнологий

  В 1959 году крупнейший американский физик – лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман (Richard Feynman) заявил: «Пока мы вынуждены пользоваться атомарными структурами, которые предлагает нам природа». И добавил: «Но в принципе физик мог бы синтезировать любое вещество по заданной химической формуле». Знаменитая лекция Фейнмана, известная под названием «Там, внизу, ещё много места» считается сегодня стартовой точкой в борьбе за покорение наномира.

В последние  годы темпы научно-технического прогресса стали зависеть от использования искусственно созданных объектов нанометровых размеров (греческий термин «нанос» означает «гном»; 1 нанометр (нм) равен одной миллиардной доле метра или, что то же самое, одной миллионной доле миллиметра). Созданные на их основе вещества и объекты размером 1 – 100 нм называют наноматериалами, а способы их производства и применения – нанотехнологиями. Невооруженным глазом человек способен увидеть предмет, диаметром примерно 10 тыс. нанометров. Свойства материалов в наномасштабе отличаются от крупных масштабов из-за того, что в наномасштабе площадь поверхности на единицу объема чрезвычайно велика.

В самом  широком смысле нанотехнологии – это исследования и разработки на атомном, молекулярном и макромолекулярном уровне в масштабе размеров от одного до ста нанометров; создание и использование искусственных структур, устройств и систем, которые в силу своих сверхмалых размеров обладают существенно новыми свойствами и функциями; манипулирование веществом на атомной шкале расстояний.

Историк науки Ричард Букер\Richard D. Booker отмечает, что историю нанотехнологий создать  крайне сложно по двум причинам – во-первых, «размытости» самого этого понятия. Например, нанотехнологии часто не являются «технологиями» в привычном смысле этого слова. Во-вторых, человечество всегда пыталось экспериментировать с нанотехнологиями, даже не подозревая об этом.

Египтяне, греки и римляне использовали наночастицы для создания красителей ещё несколько тысяч лет назад. В исследованиях проведённых в Центре исследований и реставрации французских музеев (Centre de recherche et de restauration des musées de France), установлено, что древние косметологи использовали соединения на основе свинца, из которых делали частички диаметром всего в 5 нанометров.

В недавних экспериментах доктор Филипп Вальтер (Philippe Walter) показал, что древний процесс  окрашивания волос в чёрный цвет является замечательным примером нанотехнологий, успешно используемых до настоящего времени. Проводя эксперименты по окрашиванию волос, учёные нашли, что частички минерала галенита — сульфида свинца (II), — применявшегося в древности с этой целью, из раствора проникают глубоко в волос, изменяя его цвет. Они так малы, что оказываются сопоставимы по размеру с квантовыми точками, созданием которых занимаются современные нанотехнологии. Естественную чёрную окраску волос имеет благодаря скоплениям белка меланина размером около 300 нанометров, рассеянным в поверхностном слое волоса. А наночастицы галенита, проникающие в волос при окраске, играют роль меланина, из-за чего и получается тёмный цвет. Только их диаметр примерно в 60 раз меньше, что обеспечивает устойчивое окрашивание. К тому же, такие малые частицы не оказывают влияния на механические свойства волоса. Вот так благодаря этим свойствам галенита получилось, что на протяжении двух тысяч лет люди занимались производством наноматериалов, даже не догадываясь об этом. 

Чарльз  Пул (Charles P. Poole), автор книги «Введение в Нанотехнологию» (Introduction to Nanotechnology), приводит ещё один показательный пример: в Британском Музее хранится, так называемый «Кубок Ликурга» (на стенах кубка изображены сцены из жизни этого великого спартанского законодателя), изготовленный древнеримскими мастерами – он содержит микроскопические частицы золота и серебра, добавленные в стекло. При различном освещении кубок меняет цвет – от темно-красного до светло-золотистого. Аналогичные технологии применялись и при создании витражей средневековых европейских соборов.

Отцом нанотехнологии можно считать греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н.э. он впервые использовал слово «атом», что в переводе с греческого означает «неделимый», для описания самой малой частицы вещества. В 1661 году ирландский химик Роберт Бойль (Robert Boуle) опубликовал статью, в которой раскритиковал утверждение Аристотеля, согласно которому все на Земле состоит из четырех элементов – воды, земли, огня и воздуха (философская основа основ тогдашней алхимии, химии и физики). Бойль утверждал, что все состоит из «корпускул» – сверхмалых деталей, которые в разных сочетаниях образуют различные вещества и предметы. Впоследствии идеи Демокрита и Бойля были приняты научным сообществом.

Вероятно, впервые в современной истории  нанотехнологический прорыв был  достигнут американским изобретателем Джорджем Истмэном (George Eastmen) (впоследствии основал известную компанию Kodak), который изготовил фотопленку (это произошло в 1883 году).

1931 год – Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.

1959 год – Ричард Фейнман (Richard Feynman) выступил в Американском Физическом обществе с докладом известным под названием «Там, внизу, ещё много места», который считается стартовой точкой отсчёта в борьбе за покорение наномира.

1968 год – Альфред Чо (Alfred Cho) и Джон Артур (John Arthu)r, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нанотехнологии при обработке поверхностей.

1974 год – Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот термины «нанотехника и нанотехнология», которым предложил называть механизмы, размером менее одного микрона, и способы их создания.

1981 год – Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали микроскоп, способный показывать отдельные атомы.

1982 год – Разработан растровый туннельный микроскоп.

1985 год – Американские физики Роберт Керл (Robert Curl), Хэрольд Крото (Harold Kroto) и Ричард Смэйли (Richard Smalley) создали технологию, позволяющую точно измерять предметы, диаметром в один нанометр. Они же открыли существование шарообразной углеродной молекулы – фуллерена.

1986 год – Создан атомный силовой микроскоп, ставший инструментом по сборке нанообъектов.

1986 год – Нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрик Дрекслер (Eric Dreхsler) опубликовал книгу, в которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться.

1989 год – Дональд Эйглер (Donald Eigler), сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона.

1991 год – Японские исследователи обнаружили углеродные нанотрубки.

1993 год – В США начали присуждать Фейнмановскую Премию, которая названа в честь физика Ричарда Фейнамана (Richard P. Feynman), который в 1959 году произнес пророческую речь, в которой заявил, что многие научные проблемы будут решены лишь тогда, когда ученые научатся работать на атомарном уровне. В 1965 году Фейнману была присуждена Нобелевская премия за исследования в сфере квантовой электродинамики – ныне это одна из областей нанонауки.

1998 год – Голландский физик Сеез Деккер создал транзистор на основе нанотехнологий.

1999 год – Американские физики Джеймс Тур (James Tour) и Марк Рид (Mark Reed) определили, что отдельная молекула способна вести себя так же как молекулярные цепочки.

2000 год – Администрация США поддержала создание Национальной Инициативы в Области Нанотехнологии (National Nanotechnology Initiative). Нанотехнологические исследования получили государственное финансирование. Тогда из федерального бюджета было выделено 0 млн. Это послужило толчком для создания национальных программ по нанотехнологиям во многих промышленно развитых странах.

2001 год – Марк Ратнер (Mark A. Ratner), автор книги «Нанотехнологии: Введение в Новую Большую Идею» (Nanotechnology: A Gentle Introduction to the Next Big Idea), считает, что нанотехнологии стали частью жизни человечества именно в 2001 году. Тогда и произошли два знаковых события: влиятельный научный журнал Science назвал нанотехнологии – «прорывом года», а влиятельный бизнес-журнал Forbes – «новой многообещающей идеей». Ныне по отношению к нанотехнологиям периодически употребляют выражение «новая промышленная революция».

2004–2006 год – Российский исследователь и изобретатель В.И. Петрик с помощью разработанного им же газофазного метода очистки металлов и разделения изотопов получил наноструктуры ряда металлов: платины, железа, никеля и др. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 Классификация направлений нанотехнологий

Как и  в случае с определениями, классификации  направлений нанотехнологий в настоящее  время находятся в процессе формирования. Прежде всего, это связано с отсутствием международных терминологических стандартов в сфере нанотехнологий. Большинство материалов Рабочей группы ISO по стандартизации наноразмерных объектов и процессов носят предварительный характер, а российские стандарты, согласно проекту Программы стандартизации в наноиндустрии, предложенному ГК «Роснанотех», должны быть разработаны в период с 2010 по 2014 гг., в зависимости от направления.

К настоящему моменту опубликованы проекты трех основных стандартов: терминология и определения нанообъектов в части наночастиц, нановолокон и нанопластин (ISO/TS 27687:2008), принципы безопасности и защиты здоровья при использовании нанотехнологий в профессиональной деятельности (ISO/TR 12885:2008), определения углеродных нанообъектов (ISO/TS 80004-3:2010). Практически завершена работа над проектом методологии классификации и категоризации наноматериалов (ISO/TR 11360: 2010).

Как было отмечено выше, формированию классификационных  группировок предшествует выработка общего (базового) определения нанотехнологий. Затем предстоит идентифицировать ключевые области анализа, которые должны быть описаны с помощью ограниченного набора основных определений, и структурировать их с выделением самостоятельных подгрупп, описывающих выбранную область. Подобного рода подходы к группировке направлений нанотехнологий уже представлены в нормативных документах международных организаций, а также в материалах национальных органов научно-технической политики и статистических служб.  
 
 
 
 
 
 

Примеры группировок основных направлений нанотехнологий