News image News image News image News image News image News image News image News image


Нанотехнологии дают России исторический шанс стать мировым лидером
Нанотехнологии в технике - Технологии

нанотехнологии дают россии исторический шанс стать мировым лидером

Технология, разработанная в Дубне, позволит создать квантовые компьютеры, быстродействие которых практически не будет иметь ограничений и может возрасти в несколько тысяч раз. Фотоэлементы, изготовленные по отечественной технологии, могут достигать КПД 90%. Аналогичные показатели КПД в мире – 12–18%.

Оптические логические блоки, фотонные кристаллы, нанолазеры - все это из области фантастики перешло в физическую реальность. Нанотехнологии дают России исторический шанс стать мировым лидером в производстве сложнейших устройств.

Нанотехнологии имеют дело с отдельными объектами или группами объектов (нанообъектов) размером порядка нанометров (1 нанометр – одна миллиардная доля метра). Нанообъекты могут быть достаточно сложными (например молекулы-наномоторы, молекулы-фулерены). Но даже простые нанообъекты (например наночастицы металла) имеют физические и химические свойства, отличные от свойств более крупных объектов из того же материала, а также от свойств отдельных атомов. Скажем, температура плавления частиц золота размером 5–10 нм на сотни градусов ниже температуры плавления куска золота объемом 1 см3. Подобные условия требуют создания чрезвычайно сложных и дорогостоящих устройств и преспособлений.

Сложилось мнение, что сегодняшнее состояние и развитие российской науки, физики в частности, близко к застою. Оттого поистине дерзкое название статьи привлекло внимание экспертов. Мы решили узнать, что же происходит на самом деле, и связались с героями очерка с целью выслушать их аргументы в отношении столь смелого заявления и выяснить, насколько название статьи отражает действительность. Так мы оказались в Дубне, в Научном центре прикладных исследований Объединенного института ядерных исследований (НЦеПИ ОИЯИ). Беседу с директором НЦеПИ ОИЯИ Валентином Самойловым и научными сотрудниками Олегом Займидорогой, Игорем Проценко ведет директор центра Дискуссионное пространство Галина Кораблева.

Уважаемые физики, скажите, действительно ли вы считаете, что грядет новая техническая революция? Не является это преувеличением или, может быть, уловкой журналистов?

- Да, мы со всей ответственностью сегодня заявляем, что подошли к открытиям, которые произведут новую техническую революцию в физике, химии, электронике, оптике и сопредельных с ними отраслях народного хозяйства. И мне очень приятно, что данная эволюционная страница принципиально нового развития технологии открывается именно в России, нашими учеными.

Каковы основные направления деятельности Центра? Расскажите о проводящихся Вами перспективных теоретических исследованиях.

- Теоретические и экспериментальные исследования и разработки высоких технологий ведутся в Центре параллельно. Все внутренние резервы расходуются на научно-исследовательские работы, которые составляют до 50 процентов всего объема выполняемых работ.

Перспективные теоретические исследования, проводимые НЦеПИ ОИЯИ, посвящены разработке базовых основ (или граничных условий функционирования) новых электронных, магнитных, оптических и иных устройств, построенных на основе технологий третьего тысячелетия – использовании нового вещества, – гетероэлектрика (далее – ГЭ).

Понятие гетероэлектрик впервые введено в обращение и запатентовано НЦеПИ ОИЯИ. ГЭ состоит из носителя и наночастиц материала, отличного от материала носителя. Носитель – это гетерогенная среда или система различных частей, каждая из которых гомогенна и различна по своим физическим и химическим свойствам – нечто похожее на котел , где всего понемногу. Далее в эту среду ( котел ) вносятся наночастицы (1x10-9 м) различных материалов (своего рода затравка ) для получения ГЭ. Воздействие на ГЭ электромагнитными полями (ЭМП) вызывает самофазирующиеся когерентные (согласованные во времени) колебания электронов наночастиц, что, в свою очередь, приводит к интенсивному взаимодействию всего ГЭ с ЭМП, то, что мы назвали суперкогерентностью . Материалы, полученные таким образом, обладают уникальными навязанными им свойствами. Данный процесс позволительно сравнить с прекрасно обученным подразделением солдат, действующих по команде вместе, синхронно.

Приведу примеры. Фотоэлементы, применяемые в солнечных батареях и изготовленные по технологии гетероэлектрики, могут достигать КПД 90% и, кроме того, обладают дополнительной уникальной способностью работать ночью. Сегодня реальные аналогичные показатели КПД в мире – 12–18%. В США планируется достичь уровня КПД 34% только через два года! Стекла, изготовленные по технологии гетероэлектрики, пропускают свет в любом заданном спектральном интервале или вообще не пропускают свет вне данного интервала (идеальные различные фильтры).

В научных журналах и статьях нередко пишут о наночастицах и нанотехнологиях. Что они собой представляют?

- Нанотехнологии имеют дело с отдельными объектами или группами объектов (нанообъектов) размером порядка нанометров (1 нанометр – одна миллиардная доля метра). Нанообъекты могут быть достаточно сложными (например молекулы-наномоторы, молекулы-фулерены). Но даже простые нанообъекты (например наночастицы металла) имеют физические и химические свойства, отличные от свойств более крупных объектов из того же материала, а также от свойств отдельных атомов. Скажем, температура плавления частиц золота размером 5–10 нм на сотни градусов ниже температуры плавления куска золота объемом 1 см3. Наночастицы проявляют сильные каталитические свойства.

Оказывается, что группы наночастиц могут обладать новыми качествами из-за их взаимодействия друг с другом. Последнее имеет место в гетероэлектрике. Если размер частицы в гетероэлектрике много меньше длины волны ЭМП (т.е. несколько десятков нм для видимого света), то наночастица, с точки зрения взаимодействия с ЭМП, – обычный маятник. Приложенное ЭМП возбуждает колебания таких наночастиц-маятников, взаимодействуя с их электронами. При этом каждая наночастица излучает собственное, слабое, ЭМП и, таким образом, взаимодействует с соседями, заставляя их электроны колебаться синхронно со своими. При этом резко возрастает энергия системы из N наночастиц, она оказывается » N2. Это и обуславливает особые свойства гетероэлектриков в ЭМП.

Тип материала наночастиц и их концентрация сильно влияют на теплофизические и магнитные свойства. Так, при малых концентрациях значительно возрастают магнитные и парамагнитные свойства, и наночастицы вещества проявляют уникальное свойство – самосборку кристаллической структуры .

Нанотехнологии используются уже в военной и гражданской областях. Появились новые нанопродукты. Сообщают, например, об устойчивых к царапинам очках, наполненных гелем кедах, созданных в США. Обогащенными образцами пластмасс надеются заменить металлические корпуса баллистических ракет и ракет, предназначенных для запуска спутников. Есть ли у Центра в этой области достойный ответ? Что Вы можете или планируете предложить потребителю?

- Прежде всего могу сказать, что кеды, наполненные гелем, уже вчерашний день! Я не удивлюсь, если используя предлагаемые нами технологии, завтра возникнет идея сделать на базе ГЭ кеды или кроссовки, аккумулирующие энергию передвижения и отдающие ее при соприкосновении с твердой поверхностью, что будет выражаться в облегчении движения, условно – ходьба, как по Луне . Вот это задача для ГЭ применительно к любой обуви, и я знаю, что она может быть выполнена в кратчайшие сроки.

Теперь о новых материалах. Огромные усилия были направлены на создание технологии производства сверхчистых (степень очистки 10-7 и более) редкоземельных материалов (РЗМ), которые в таком виде уже обладают неизученными новыми свойствами. До этого времени достичь подобной чистоты было невозможно, поскольку попадавшие в металл примеси, естественно, снижали точность и чистоту эксперимента. При внесении сверхчистых РЗМ в ГЭ могут, при определенных условиях, возникать сверхжаропрочные и сверхлегкие металлы, не требующие тепловой защиты, использовать которые можно, например, для корпуса ракет и самолетов. Вот такие перспективы открывает гетероэлектрик.

Какие из упомянутых исследований Центра могут применяться на практике и в каких областях?

- Исследования авторов серии патентов показали, что применение ГЭ с новыми свойствами, в основе которых лежит механизм суперкогерентности, является универсальным методом решения самых разнообразных прикладных задач по управлению электромагнитным полем.

Сегодня коллектив авторов патентов описал 24 класса типов применения ГЭ. По нашим экспериментам, качественный скачок по большинству направлений составляет от 100 до 1000 раз. И это реальность.

Например, оптические и инфракрасные фильтры, линзы и зеркала, оптические материалы с высоким показателем преломления могут использоваться для очков, биноклей, в стеклах обычных окон для полной защиты от ультрафиолета и без ограничений доступа видимого света. Высокочастотные емкости, индуктивности применимы в электронике – миниатюризация в 10–100 раз любых электронных приборов.

Разработанная в нашей лаборатории технология получения фотонных кристаллов обещает уникальные сферы применения в оптической электронике, лазерной технике и телевидении, открывает новые возможности в голографии.

С помощью ГЭ можно создать сверхминиатюрные генераторы когерентного ЭМП – нанолазеры; нелинейные и бистабильные оптические элементы и др. Повышение действенности преобразования энергии ЭМП в электрическую энергию решает задачу создания высокоэффективных фотокатодов, фотоэлементов и солнечных батарей .

Конструирование принципиально новых устройств обработки информации – квантовых логических ячеек, оптических логических блоков – позволяет создать на основе технологии ГЭ квантовые компьютеры, использующие вместо электрического сигнала световой импульс. Быстродействие компьютеров при данных технологиях практически не будет иметь ограничений и может возрасти в несколько тысяч раз.

Это всего лишь небольшая часть принципиальных открытий в этой области и спектра возможного их применения. Следует отметить, что гетероэлектрики могут обладать целым рядом новых свойств и применений, которые еще неизвестны, как в случае с лазером, находящем самое разнообразное применение на протяжении всего периода его развития.

Существуют ли в Ваших планах исследования по компьютерным технологиям и другим отраслям промышленности, кроме уже упоминавшихся?

- Исследуются возможности создания логической ячейки квантового компьютера на основе квантовой интерференции с использованием наночастиц и квантовых точек. В настоящее время готовится к патентованию логическая квантовая ячейка на ГЭ. В ближайшее время данная логическая ячейка, на основе технологии ГЭ появится. Ее физическое появление равносильно открытию транзистора. Данная квантовая логическая ячейка – это элементарный начальный узел, который невозможно в оптическом компьютере ничем заменить и без которой компьютер не сделать.

Является ли Центр обладателем разработок, не имеющих аналогов в мире? Есть ли у Вас запатентованные работы?

- Исследования ГЭ, выполненные авторами, привели к патентованию новых оптических элементов и электронных приборов, среди которых: фильтры оптического и инфракрасного излучения с заданной одной или несколькими спектральными полосами поглощения ЭМП видимого или ИК-диапазона; фотокатод, фотоэлемент, гетерогенный фотоэлемент, в которых эффективность преобразования световой энергии в электрический ток повышена в несколько раз; лазер с высоким коэффициентом усиления. В настоящее время проводится патентование дипольного нанолазера (ДНЛ).

Ведется подготовка к патентованию элементарных изделий, построенных по технологии ГЭ, а именно: миниатюрной емкости частотного диапазона 1–1000 ГГц, размера менее 100 нанометров, миниатюрной индуктивности того же частотного диапазона, накопителя электрической энергии до » 0.11 фарады. Возможно создание резисторов.

В стадии разработки находятся: зеркала и линзы на основе ГЭ, усилители и бистабильные элементы для оптической обработки информации на базе дипольного нанолазера, в том числе для создания квантовой логической ячейки, жидкости с наночастицами как эффективные теплоносители, контрастные жидкости для медицинской диагностики. Исследуются ГЭ с ферромагнитными наночастицами, ГЭ из сегнетоэлектриков с наночастицами.

Позвольте дополнить. Запатентована технология производства микропористых кварцевых стекол.

Из вашего рассказа видно, что российская наука не стоит на месте, более того – она развивается и несет обществу новые открытия. Понятно, что одно новшество, и даже два – еще не революция. Однако число (и суть!) исследований и разработок Научного центра прикладных исследований настолько впечатляюще, что сам собой напрашивается вопрос: какое же количество открытий, по-вашему, позволит говорить о том, что пора революционной эры уже пришла? Или иначе: чего, собственно, не хватает, чтобы «назвать дату» ее наступления?

- Конкретно я бы назвал дату начала НТР как дату создания федерального центра и принятия Президентской программы, о которой я уже говорил ранее.

Что же нам следует ожидать от технической революции – оптимизации всей деятельности общества или усугубления негативных проявлений цивилизации? Станет ли наша страна богаче, где людям будет жить легко и комфортно?

- В связи с тем, что данная НТР инициируется на территории Российской Федерации, может так оказаться, что это и есть исторический шанс России на возрождение. Мы считаем себя богатыми, потому что владеем технологиями третьего тысячелетия, которые в ближайшее время будут востребованы обществом.


 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Применение нанотехнологий

Новые исследования подтвердили токсичнос

News image

Инженерные нанотехнологии всё чаще становятся частью нашей повседневной жизни в форме косметики, упаковки продуктов питания, си...

Заявленные перспективы применения наноте

News image

В МЕДИЦИНЕ Пожалуй, ни в одной другой отрасли нанотехнологии не смогут найти лучшего применения. Это относится и ...

Наноспирали оксида кремния

News image

Во многих научных журналах публикуются статьи, в которых учёные синтезируют и описывают всё новые и но...

Волокнисто игольчатый композит

News image

Текстильный материал черного цвета состоящий из случайно орентированых углеродних волокон и нитевидных кристалов. Электропроводен, стойкий к ...

В НАСА выбирают цель следующей миссии

News image

В настоящее время у НАСА имеется три предложения касательно целей будущей миссии, космический аппарат которой со...

Кулоновские корреляции в двухслойном гра

News image

Большинство экспериментальных исследований электронных свойств графена выполнено на однослойных образцах “толщиной” в один атом. Между те...

Улучшение топлив при помощи наночастиц

News image

В поисках повышения энергетических параметров жидких топлив, ученые обнаружили, что добавление наночастиц алюминия или окиси ал...

Даже лед подчинился нанотехнологам

News image

С использованием нанотехнологий разработано принципиально новое антиобледенительное средство для защиты от наледи на дорогах, линиях эл...

Новости нанотехнологий

Кремниевые нанотрубки выращивают без применения золота

Кремниевые нанопроволоки помогут уменьшить размеры микрочипов. Ученые из Института Физики микроструктур Макса Планка в Галле впервые разработали нанопроволоки на кре...

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из графена желаемой формы оказалась подвластна капелькам воды – о пластичности графеновых наноструктур сообщают химики из...

Влияние полярности электрического поля на рост вертикал

Одно из наиболее перспективных направлений использования углеродных нанотрубок (УНТ) связано с разработкой холодных полевых эмиттеров на их основе. Уникальные особенности та...

Наноальтернатива таблеткам

  Одним из первых медицинских применений нанотехнологии стало разработанное учеными из США быстродействующее лекарство от импотенции, которое сможет соперничать таблетками Частицы препарата ...

Композиты медицинские «MBM — ЛН»

Справка о применении в клинической практике композитного материала «MBM — ЛН» Композитный материал «MBM — ЛН» представляет собой ткань черного цвета. Развитая по...

More in: Технологии, Наноматериалы, Наномедицина, НаноТехника , Новости

Популярные заметки:

Космический лифт и нанотехнологии

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на...

Нанотрубки научились получать в промышленных масштабах

Углеродные нанотрубки, основу для сверхпрочных материалов, можно будет получать в промышленных масштабах: благодаря изобретению американских химиков их стоимость заметно снизится. Нанотрубка – ...

Обои смогут защитить здание от повреждений

Berry Plastics в сотрудничестве с Army Corp of Engineers разработала новые обои, которые способны защитить здания от повреждений. Обои под на...

Создан первый серийный прибор на органических транзисто

На очередной выставке бытовой электроники CES 2010 в Лас-Вегасе компания Plastic Logic продемонстрировала свою новую разработку – QUE proReader. Это ус...

Новый метод создания электродов для измерения свойств н

Ученые, изучающие физические явления на наноуровне, хорошо знают, что «припаять» контакты к единичной органической молекуле зачастую намного сложнее, чем синтезировать са...

Your are currently browsing this site with Internet Explorer 6 (IE6).

Your current web browser must be updated to version 7 of Internet Explorer (IE7) to take advantage of all of template's capabilities.

Why should I upgrade to Internet Explorer 7? Microsoft has redesigned Internet Explorer from the ground up, with better security, new capabilities, and a whole new interface. Many changes resulted from the feedback of millions of users who tested prerelease versions of the new browser. The most compelling reason to upgrade is the improved security. The Internet of today is not the Internet of five years ago. There are dangers that simply didn't exist back in 2001, when Internet Explorer 6 was released to the world. Internet Explorer 7 makes surfing the web fundamentally safer by offering greater protection against viruses, spyware, and other online risks.

Get free downloads for Internet Explorer 7, including recommended updates as they become available. To download Internet Explorer 7 in the language of your choice, please visit the Internet Explorer 7 worldwide page.