You are currently viewing Определения и классификация нанотехнологий и не только

Определения и классификация нанотехнологий и не только

Содержание

«…важно точно определить, какие задачи мы должны решить для того, чтобы нанотехнологии заняли место в производстве и принесли прибыль»

Ж.И. Алферов

В последнее время не только в кругах обывателей, но и ученых сложилось странное, «мягко говоря», отношение к нанотехнологиям, оно даже не критичное, а скорее всего, насмешливо-скептическое. Представляется, что связано это в первую очередь с «нанопургой», которую интенсивно раздувают, не разобравшись, средства массовой информации.

Здесь мы постараемся освятить некоторые вопросы определения и классификацией нанотехнологий.

В своем докладе на Научно-практической конференции «Нанотехнологии — производству 2010» генеральный директор Концерна «Наноиндустрия» М.А. Ананян подчеркнул «… с чего нужно начинать, а начинать надо с самых земных вопросов — с просвещения и доведения до сведения лиц, принимающих решения, детальной информации о технологическом и экономическом потенциале нанотехнологий. В этом плане большую поддержку могут оказать ответственные средства массовой информации».

Слово ответственные подчеркивается, так как в журналисткой среде хватает своих верхоглядов, которые и распространяют «нанопургу», тем самым дезинформируя общество и руководителей разного ранга.

Не менее актуален вопрос о том, насколько промышленность готова к восприятию нанотехнологических новаций.

В этом направлении предстоит еще большая работа, в которой должен быть активно задействован механизмы:

  • Институтов
  • Факультетов.
  • Курсов повышения квалификации.

Важна и организация конкретной работы с предприятиями по изучению:

  • Технических и технологических проблем
  • Выработка совместных предложений относительно возможных технологических новаций.

Все эти термины вошли недавно в нашу жизнь:

  • Нанотехнологии.
  • Нанотехника.
  • Наноуровень.
  • Наноструктурирование и т.д.

Давайте разберемся, о чем же идет речь?

Определение термина нанотехнологии

Термин «нанотехнологии» впервые появился в литературе в 1974 г. в работе Н. Танигучи (Япония) [1]. В самом общем смысле нанотехнологии включают создание и использование материалов, устройств и технических систем, функционирование которых определяется наноструктурой, то есть её упорядоченными фрагментами размером от 1 до 100 нм.

В наше время происходит следующее в отношении нанотехнологий и нанонауки:

  • Нанотехнологии рассматриваются сегодня как область исследований, и как направление технологического развития, что порождает серьезную терминологическую путаницу.
  • Некоторые авторы [2] выделяют «нанонауку» занимающуюся познанием свойств наноразмерных объектов и анализом их влияния на свойства материалов, и «нанотехнологию», имеющую своей целью развитие этих свойств для производства структур, устройств и систем с характеристиками, заданными на молекулярном уровне.
  • Часто такое разделение имеет под собой сугубо методическую основу, когда речь идет об анализе научных публикаций (тогда говорится о «нанонауке» [3]) либо патентов в этом случае используется понятие «нанотехнологии».
  • На практике же провести различие между нанонаукой и нанотехнологией практически невозможно, поэтому во избежание путаницы отдельные исследователи предлагают ограничиться только одним термином «нанотехнологии», объединив в нем обе составляющие. При таком подходе важно определиться и принять согласованное определение нанотехнологий, которое призвано обозначить общие границы рассматриваемой области, исключив из нее лишнее.

Проблема единства понятий и стандартов в области нанотехнологий неоднократно обсуждалась в зарубежной и отечественной литературе. Вопрос этот имеет ключевое значение для выработки единого подхода к пониманию сущности и особенностей развития нанотехнологий.

Несмотря на наличие различных определений нанотехнологий, единого согласованного варианта, причем такого, который образовывал бы основания для построения соответствующих классификаций, пока не существует.

На международном уровне из всего многообразия подходов, встречающихся в научных публикациях аналитических обзорах и политических документах разных стран, выделяются пять определений, пользующихся наибольшим влиянием.

Эти определения объединяет ряд общих черт, относительно которых следует сделать ряд замечаний:

  • Во-первых, в каждом из определений обращено внимание на масштаб рассматриваемого явления. Как правило, указывается диапазон от 1 до 100 нм, в котором могут быть зафиксированы уникальные молекулярные процессы.
  • Во-вторых, подчеркивается принципиальная возможность управления процессами, происходящими, как правило, в границах обозначенного диапазона. Это позволяет отличить нанотехнологии от природных явлений подобного рода («случайных» нанотехнологий), а также обеспечить возможность придания создаваемым материалам и устройствам уникальных характеристик и функциональных возможностей, достижение которых в рамках предшествующей технологической волны было невозможным.
  • В-третьих, характерной особенностью определений является их экономико-статистическая операциональность. Нанотехнологии представлены как явление, поддающееся количественной оценке, — это техники, инструменты, материалы, устройства, системы, что делает их важным элементом цепочек создания стоимости, однако вопросы оценки вклада нанотехнологий в стоимость конечного продукта и пределов диверсификации существующих секторов производства требуют дополнительного рассмотрения.

Существует и ряд различий в определениях, прежде всего, касающихся степени конвергентности и целевого назначения нанотехнологий:

  • В европейском варианте отмечается как интеграция различных технологий в границах наношкалы, так и их конвергенция с другими технологиями.
  • Японская версия подчеркивает инновационную природу нанотехнологий. Эти версии отражают распространенное убеждение [4], что использование схожих «строительных элементов» (атомов, молекул) и инструментов анализа (микроскопы, компьютеры и т. д.) в различных научных дисциплинах может привести в будущем к синтезу информационных и бионанотехнологий.

В настоящее время отсутствие необходимой методологической базы и практического инструментария для решения задачи формирования системы экономико-статистических измерений масштабов, структуры и динамики данного технологического направления и соответствующей ему сферы деятельности ведет к весьма расплывчатым, а часто и противоречивым представлениям о состоянии сферы нанотехнологий, ее экономическим и социальным эффектам.

По существующим оценкам, едва ли найдется другая область науки, получившая в глобальном масштабе столь значительные государственные инвестиции за столь короткое время [4, 5].

По замечанию А. Хульмана «вопрос о том, в какой степени «наношумиха» опирается на реальные экономические показатели, а в какой отражает лишь благие пожелания» [6], остается открытым: оценка рынка товаров и услуг, связанных с нанотехнологиями, в зависимости от используемого в них определения последних и «степени оптимизма» их авторов варьируются от 3,1 млрд. долл, к 2010 г до 150 млрд, к 2015 г. [7].

Несмотря на ажиотажный характер некоторых прогнозов, большинство экспертов сходятся на том, что нанотехнологии могут трансформироваться в «технологии общего назначения» [8] вслед за информационно-коммуникационными и биотехнологиями. Однако формирование понятийного аппарата, прежде всего определений и классификаций существенно отстает от динамики самого рассматриваемого явления.

При значительных инвестициях в эту сферу и неизбежной в этих условиях склонности к преувеличению научно-технических и экономических эффектов в некоторых аналитических исследованиях и прогнозах, опирающихся на различную терминологию, подобное положение дел вызывает озабоченность, поскольку может оказывать дезориентирующее воздействие на принятие обоснованных управленческих решений. Разработка определений и классификаций довольно сложная задача.

В первую очередь, это связано с «универсальным» характером нанотехнологий, отличающимся многообразием практических приложений. Необходимо также учитывать мультидисциплинарный характер этой сферы и ее адаптивность как к новым научнотехнологическим достижениям, так и к потребностям экономики и общества.

В официальной российской практике вплоть до последнего времени действовали два различных базовых определения нанотехнологий, которые представлены, соответственно, в документах:

  • «Концепции развития в РФ работ в области нанотехнологий на период до 2010 г.».
  • «Программе развития наноиндустрии в РФ до 2015 г.».

Определение нанотехнологий в государственных концепциях развития РФ:

  • Нанотехнологии — совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большого масштаба; в более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов.
  • Нанотехнологии — технологии, направленные на создание и эффективное практическое использование нанообъектов и наносистем с заданными свойствами и характеристиками.

В обоих случаях отсутствуют указания на особенности, связанные с уникальностью явлений и происходящее в пределах наношкалы. Кроме того, определение, представленное в Программе развития наноиндустрии, не несет новой информации о характеризуемом явлении и формулируется исходя из свойств и признаков одного порядка, что делает его максимально абстрактным.

С целью преодоления указанных выше проблем, была предпринята попытка синтеза эффективных элементов различных существующих подходов. В результате методических усилий появилась новая версия базового определения нанотехнологий, которая прошла целый ряд обсуждений на различных уровнях, включая первый и второй Международные форумы по нанотехнологиям и т.п.

Окончательный вариант предлагаемого определения выглядит следующим образом:

  • Под нанотехнологиям предлагается понимать совокупность приемов и методов, применяемых при изучении, проектировании и производстве наноструктур, устройств и систем, включающих целенаправленный контроль и модификацию формы, размера, взаимодействия и интеграции составляющих их наномасштабных элементов (около 1 — 100 нм), наличие которых приводит к улучшению, либо к появлению дополнительных эксплуатационных и/или потребительских характеристик и свойств получаемых продуктов.
  • Данное определение учитывает комплексный научно-технический характер рассматриваемого явления, указывает на специфическую размерность и управляемость основных процессов и т.д. Оно может быть использовано для целей проведения научно-технических экспертиз, формулирования критериев отбора и оценки отдельных проектов, связанных с нанотехнологиями, организации статистического наблюдения в этой сфере.
  • Это определение было рассмотрено правлением государственно корпорации (ГК) «Роснанотех» в сентябре 2009 года, одобрено и принято в качестве рабочего.

В работе [9] рассмотрены научно-технические направления развития нанотехнологий. В ходе работы были выделены семь направлений, объединенных общим понятием «нанотехнологии», которые составляют списочное определение и образуют основу проекта классификации направлений нанотехнологий.

Как и в случае с определениями, классификация направлений нанотехнологий в настоящее время находится в стадии формирования. Прежде всего это связано с отсутствием международных терминологических стандартов с сфере нанотехнологий.

Большинство материалов Рабочей группы ISO по стандартизации наноразмерных объектов и процессов носят предварительный характер, а российские стандарты (согласно планам ГК «Роснанотех») должны быть разработаны в период с 2010 по 2014 гг., в зависимости от направления.

Главный редактор журнала «Российские нанотехнологии» М.В. Алфимов в своем обращении к читателям [10] подчеркнул, что «в настоящее время пока не приняты ни конвенциональное определение нанотехноогий, ни международные стандарты, позволяющие однозначно идентифицировать нанотехнологическую продукцию».

Топология нанотехнологий

Существующая проблема заключается в том, что нанотехнологии не являются отраслью экономики в общепринятом смысле, а представляет собой как уже говорилось междисциплинарную область знаний, которая охватывает различные типы продукции. Вот поэтому группа российских экспертов разработала предложения по выработке критериев отнесения продукции к категории «продукции наноиндустрии».

Авторами предложены четыре группы нанотехнологической продукции, в частности.

Группа 1 - Первичная нанотехнологическая продукция (нанообъекты, наносистемы и особо чистые вещества)

К этой группе относят продукцию, используемую как сырье для получения продукции групп 2 и 3 и имеющую размер основных элементов хотя бы в одном измерении 1-100 нм, что определяет потребительские характеристики продукции (функциональные свойства).

Сюда, прежде всего относят:

  • Наноматериалы (нанотрубки и нанопроволоки, нанопорошки металлов, нанопленки, объемные наноструктурированные наноматериалы — гели, эмульсии, нанокерамика, катализаторы на носителях и др.).
  • Наноустройства (одноэлектродные транзисторы, мембраны, имеющие наноразмерный диаметр отверстий и др.)
  • Элементы электронной базы устройств, имеющие наноразмерные масштабы и др.

Группа 2 - Продукты, содержащие нанокомпоненты

К этой группе относится продукция, содержащая искусственно созданные нанокомпоненты (группа 1), которые придают продукции новые технические свойства или существенно улучшают их потребительские характеристики. Сюда относят сверхъяркие светодиоды, подшипники с упрочненными наноструктурированными покрытиями, металлорежущий инструмент с наноалмазными покрытиями, хирургические инструменты с антибактериальными покрытиями и т.д.

Группа 3 - Продукты (не содержащие нанокомпонентов) и услуги, произведенные с использованием нанотехнологий

К этой группе относят продукты, не содержащие нанокомпонентов, и услуги, при производстве которых используются нанотехнологические процессы, обеспечивающие продуктам или услугам новые технические характеристики или улучшающие их потребительские свойства. Сюда относят жидкие или газообразные вещества, полученные с использованием наномембранных фильтров; высокооктановый бензин, при изготовлении которого применяли нанокатализаторы и т.д.

Сюда входят также услуги, производимые с использованием нанотехногий, например, услуги по медицинской диагностике с использованием интроскопических исследований визуализации с применением наноматериалов и наноструктур.

Группа 4 - Специализированное оборудование для нанотехнологий

  • Для измерений и контроля характеристик нанобъектов и наносистем.
  • Для производства и переработки первичных нанородуктов и продуктов, содержащих нанокомпоненты.
  • Оборудование для производства продукции, не содержащей нанокомпоненты, но с использованием нанотехнологий.

Заключение о нанотехнологиях

Нам представляется, что результаты данного обзора могут быть полезны не только студентам и аспирантам, но и широкому кругу ученых и специалистов, которые вплотную не занимаются нанотехнологиями, но проявляют интерес к проблемам нанотехнологий и к развитию наноиндустрии в России.

Основные выводы проведенных изысканий:

  • Проблема единства понятий и стандартов в области нанотехнологий, как и в других областях знаний, имеет определяющее значение. Как уже подчеркивалось, вопрос этот имеет ключевое значение для выработки единого подхода к пониманию сущности и особенностей развития нанотехнологий.
  • Большинство экспертов считают, что нанотехнологии могут трансформироваться в «технологии общего назначения» вслед за информационными и биотехнологиями. В первую очередь, это связано с междисциплинарным характером нанотехнологий, отличающимся многообразием практических приложений.
  • Различное трактование терминов и определений в области нанотехнологий может привести и приводит к неизбежной в этих условиях склонности к преувеличению научно-технических и экономических эффектов и может оказывать дезориентирующее воздействие на принятие обоснованных решений. Поэтому вопрос о том, в какой степени «наношумиха» опирается на реальные экономические показатели, а в какой отражает лишь благие пожелания остается открытым.
  • Следовательно формирование понятийного аппарата в области нанотехнологий, прежде всего определений и классификаций, имеет важнейшее значение.

Список литературы

  1. Третьяков Ю.Д. Проблемы развития нанотехнологий в России и за рубежом // Вестник РАН. 2007. Т. 77.- № 1. С. 3 — 1 0.
  2. Ратнер М., Ратнер Д. Нанотехнология: простое объяснение очередной гениальной идеи. / Пер. с англ. — М.: Вильямс, 2004. С. 20 — 22.
  3. Игами М. Библиометрические индикаторы: исследования в области нанонауки // Форсайт, 2008. № 2 (6). С. 36 — 45.
  4. Roco М.С. National nanotechnology initiative: Past, present and future / Handbook on nanoscience, engineering and technology. W. A et al. CRC, Taylor and Francis, Boca Raton and London, 2007. -P. 3.1 — 3.26.
  5. The national nanotechnology initiative at five years: Assessment and recommendations of the National Nanotechnology Advisory Board. PCAST. 2005.
  6. Хульман А. Экономическое развитие нанотехнологий: обзор индикаторов // Форсайт, 2009. № 1 (9). С. 31 — 32.
  7. Kamei S. Promoting Japanese style nanotechnology enterprises. Mitsubishi Research Institute, 2002.
  8. Youtie J., Iacopetta M., Graham S. Assessing the nature of nanotechnology: can we uncover an emerging general purpose technology // Journal of Technology Transfer. -2008.- 33.- P. 315 — 329.
  9. Алфимов M.В., Гохберг Л.M., Фурсов К.С. Нанотехнологии: определения, классификация // Российские нанотехнологии, -2010. -то м 5. №7- 8.- С 8 — 13.).
  10. Алфимов М.В. Критерии выделения нанопродукции // Российские нанотехнологии., 2010. Т. 5. № 9-10.- С. 2.

Источник: Определения и классификация нанотехнологий и не только / А.Н. Cмирнов // Вестник КузГТУ. — 2011. — №1. — C. 78-81.

Добавить комментарий

Gekoms LLC

Коллектив экспертов большая часть опыта и знаний которых востребованы в области промышленной автоматизации, разработке технически сложного оборудования, программировании АСУТП, управлении электроприводом. Телефон: +7(812) 317-00-87 Email: info@gekoms.com Сайт: https://gekoms.org