Материал: Нанотехнологии. Наука будущего (Балабанов), 2009, c.258

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

можным лечение растений на генном уровне, позволят создать высокоурожайные сорта, особо стойкие к неблагоприятным экологическим условиям.

В растениеводстве применение нанопорошков, совмещенных с антибактериальными компонентами, обеспечивает повышение устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и приводит к двукратному повышению урожайности многих продовольственных культур, например картофеля, зерновых, овощных и плодово-ягодных.

Нанотехнологии в сельском хозяйстве могут успешно применяться для оптической расшифровки белково-липид- но-витаминно-хлорофильного комплекса в растениеводстве (табл. 7), а также для создания биосовместимых материалов; перестройки, облагораживания и восстановления тканей; создания неотторгаемых организмом искусственных тканей и сенсоров (молекулярно-клеточная организация) в животноводстве и для снижения вредного воздействия автотракторного парка на природную среду.

Таблица 7. Идентификация сортовых нанопризнаков методами оптической флуоресценции и отражения

230

—Нанотехнологии, экология и сельское хозяйство —

Вживотноводстве нанодобавки находят широкое применение в приготовлении кормов, где обеспечивают повышение продуктивности животных в 1,5—3 раза, а также способствуют повышению их сопротивляемости инфекционным заболеваниям и стрессам. Наноразмер частиц кормовых добавок позволяет не только значительно снизить их расход, но и обеспечить более полное и эффективное усвоение животными.

Огромное значение имеет применение нанотехнологии для очистки и дезинфекции воды. Внедрение мембранных систем очистки, а также специальных биоцидных покрытий и материалов на основе серебра способствует упрощению и повышению качества содержания сельскохозяйственных животных, обеспечению их качественной питьевой

водой.

Не менее актуальна проблема обеспечения человечества достаточным количеством питьевой воды. Запасы пресной воды, пригодной для использования, составляют всего 3%, из которых только 1% потребляется населением Земли. В настоящий момент 1,1 млрд человек не имеют возможности использовать чистую пресную воду. Принимая во внимание текущие объемы потребления воды, рост населения и развитие промышленности, к 2050 году две трети населения Земли будут испытывать недостаток в пригодной для употребления пресной воде.

Следует ожидать, что нанотехнологии позволят найти решение этой проблемы за счет использования, в том числе, недорогой децентрализованной системы очистки и опреснения воды, систем отделения загрязняющих веществ на молекулярном уровне и систем фильтрации нового поколения.

Перспективы развития нанонауки

Чтоб все знали — и бизнес, — что если он сегодня не пойдет в нанотехнологии... он пропустит все на свете. И будет в лучшем случае в телогрейке работать на скважине... которой будут управлять наши друзья и партнеры.

МихаилФРАДКОВ, премьер-министрРоссийскойФедерации

(2007 год)

Как уже неоднократно заявлялось, нанотехнология открывает большие перспективы при разработке новых материалов, совершенствовании связи, развитии биотехнологии, микроэлектроники, энергетики и вооружений. Среди наиболее вероятных научных прорывов эксперты называют увеличение производительности компьютеров, восстановление человеческих органов с использованием вновь воссозданной ткани, получение новых материалов напрямую из заданных атомов и молекул и появление новых открытий в химии и физике, способных оказать революционное воздействие на развитие цивилизации.

В своих работах К. Э. Дрекслер и его последователи оценивали параметры механических устройств, которые они могли бы иметь при приближении размера компонентов к молекулярному масштабу. Это обусловлено не тем, что ученые недооценивали важность электрических, оптических и других эффектов, а тем, что механические конструкции гораздо проще и достовернее масштабируются. При этом, разумеется, осознается, что электрические и другие эффекты могут дать значительные дополнительные возможности.

232

— Перспективы развития нанонауки —

Произведя соответствующее масштабирование, К. Э. Дрекслер получил следующие численные оценки различных эффектов:

•позиционирование реагирующих молекул — с точно стью около 0,1 нм;

•механосинтез — с производительностью около 106 опе раций/с на устройство;

•молекулярная сборка объекта массой 1 кг — ориентиро вочно за 104с;

•работа наномеханического устройства — с частотой до

109Гц;

•логический затвор — объемом около 10~26 м3, с часто той переключения менее 0,1 не и рассеиваемой теплотой

10-21 Дж;

•компьютеры — с производительностью до 1016 опера ций/с/Вт; компактные вычислительные системы на 1015 млнкомандвсекунду.

Возможно и молекулярное производство макроскопических объектов. Оценки показывают, что устройство массой около 60 кг («настольная нанофабрика») сможет с молекулярной точностью изготовить объект объемом около 1 л и массой около 4 кг примерно за три часа. Это позволило бы за два дня создать вторую такую же нанофабрику; удвоение их количеств каждые два дня дало бы возможность за два месяца обеспечить собственной нанофабрикой каждого жителя Земли.

Согласно прогнозам Министерства торговли Великобритании, в 2015 году спрос на нанотехнологии составит не менее 1 трлн. долларов в год, а численность специалистов, занятых в данной отрасли, вырастет до 2 млн человек.

По прогнозам американской ассоциации National Science Foundation, объем рынка товаров и услуг в мире с использованием нанотехнологии в ближайшие 10—15 лет может вырасти до 1 трлн. долларов:

•в промышленности материалы с высокими заданными характеристиками, которые не могут быть созданы традици онным способом, займут рынок объемом 340 млрд долларов

вближайшие 10 лет;

233

-НАНОТЕХНОЛОГИИ -

•в полупроводниковой промышленности объем рынка нанотехнологичной продукции может достигнуть 300 млрд доллароввближайшие10—15 лет;

•в сфере здравоохранения использование нанотехнологий может позволить увеличить продолжительность жизни, улучшить ее качество и расширить физические возможности человека;

•в фармацевтической отрасли около половины всей продукции будет зависеть от нанотехнологий. Объем про дукции с использованием нанотехнологий составит более 180 млрддоллароввближайшие10—15 лет;

•в химической промышленности наноструктурные ката лизаторы уже применяются при производстве бензина и в других химических процессах, причем рост рынка составля ет приблизительно до 100 млрд долларов. По прогнозам экс пертов, рынок таких товаров увеличивается на 10% в год;

•в транспортной промышленности применение нано технологий и наноматериалов позволит создавать более лег кие, быстрые, надежные и безопасные автомобили. Только рынок авиакосмических изделий может достичь 70 млрд дол ларов к2010 году;

•в сельском хозяйстве и в сфере защиты окружающей среды применение нанотехнологий может увеличить уро жайность сельскохозяйственных культур, обеспечить более экономичные способы фильтрации воды и ускорить разви тие таких возобновляемых энергетических источников, как высокоэффективное преобразование солнечной энергии. Это позволит снизить загрязнение окружающей среды и эко номить значительные ресурсы.

Согласно исследованиям, проведенным Foresight Nanotech Institute в 2005 году, использование нанотехнологий позволит в будущем решить ряд наиболее значимых для человечества проблем. Одна из них — обеспечение мировых энергетических потребностей. Согласно прогнозам, спрос на электроэнергию к 2025 году вырастет на 50%. В настоящее время около 1,6 млрд человек не обеспечены электроэнергией, а у 2,4 млрд единственными источниками энергии и тепла являются сельскохозяйственные отходы и растительные мате-

234

— Перспективы развития нанонауки —

риалы. Использование ископаемого топлива растет и может удвоиться в ближайшее время. С учетом имеющихся запасов природного топлива эта проблема будет с каждым годом толькоусугубляться.

Предполагается, что нанотехнологий позволят решить энергетические проблемы посредством применения более эффективного освещения, топливных элементов, водородных аккумуляторов, солнечных элементов, распределения источников энергии и децентрализации производства и хранения энергии за счет качественного обновления электроэнергетической системы.

Самое главное, чтобы понятие «нанотехнология» не стало лазейкой, за которой будут прятаться непорядочные ученые, предприниматели, фирмы и чиновники. Хочется привести один современный афоризм; «Если в наши дни вы хотите одновременно ничего не делать и быть респектабельным — лучше всего притвориться, будто вы работаете над какой-то серьезной научной проблемой».

Нужно уметь разделять наноинженерию поверхности и нанотехнологию по Дрекслеру, Эглеру или Холлу, а также «нанопургу» поИванову.

В заключение приведем оптимистический прогноз писате- ля-фантаста Артура Кларка, предсказания которого сбываются одно за другим: «2040 год: будет усовершенствован «универсальный репликатор», основанный на нанотехнологиях; может быть создан объект любой сложности при наличии сырья и информационной матрицы. Бриллианты и деликатесная еда могут быть сделаны в буквальном смысле слова из грязи. В результате, за ненадобностью исчезнут промышленность и сельское хозяйство, а вместе с ними и недавнее изобретение человеческой цивилизации — работа. После чего последует взрывное развитие искусств, развлечений, образования».

Список литературы

Книги делают из книг.

ВОЛЬТЕР, французский писатель, историк философ-просветитель

1.Альтман Ю. Военные нанотехнологии/Ю. Альтман. -

М.: Техносфера, 2006. - 416 с.

2.Балабанов В. И. Нанопрепараты для повышения ресур са автомобилей/В. И. Балабанов, В. К. Филиппов//Новые и по держанныеавтомобили. — 2006. — №15. — С. 18—20.

3.Бинниг Г. Сканирующая туннельная микроскопия - от рождения к юности: нобелевские лекции по физике/Г. Бинниг,

Г. Рорер//УФН. - 1996. - Т. 154 (1988), вып. 2. - С. 261.

4.Бородин И. Ф. Нанотехнологии в сельском хозяйст ве/И. Ф. Бородин//Механизация и электрификация сельского хозяйства - 2005. - № 10. - С. 2-5.

5.Гамов Г. А. Теория вылета альфа-частиц из ядра/

Г.А.Гамов.-М., 1928.

6.Календин В. В. Нанометрия: проблемы и решения/В. В. Ка-

лендин//Автометрия. - 2004. - Т. 40, № 2. - С. 20-36.

7.Карагусов В. И. Нанокриогенные технологии/В. И. Карагусов//Микросистемнаятехника. — 2004. — №10. — С. 15—23.

8.Кластеры, структуры и материалы наноразмера: инно вационные и технические перспективы/М. А. Меретуков (и

др.). — М.: Рудаиметаллы, 2005. — 128 с.

9.Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию/Н. Кобаясй, пер. с япон. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. — 134 с.

10.Ковальчук М. В. Органические наноматериалы, наност руктуры и нанодиагностика/М. В. Ковальчук // Вестник РАН. - 2003. - Т. 73, № 5. - С. 405-412.

11.Котенев В. А. Методы мультиплексной спектроскопии исследовании многослойных наноструктур/В. А. Котенев// Мик роэлектроника. - 2004. - Т. 33, № 6. - С. 433-444.

236

—Список литературы —

12.Красипькова М. В. О механизме образования фуллерецов и углеродных нанотрубок/М. В. Красинькова, А. П. Пау- ^рт/УПисьма в ЖТФ. - 2005. - Т. 31, вып. 8. - С. 6-11.

13.Лашыпов 3. 3. Фуллерены и углеродные нанокластеры/3. 3. Латыпов, Л. Н. Галль//Науч. приборостроение. — 2005.-Т. 15, №2.-С. 82-87.

14.Левина В. В. Наноразмерные материалы и возможности

йх использования/В. В. Левина//Приборы. — 2005. — № 7 (61). —

С. 30-35.

15.Лисовенко Д. С. От графита (стержней, пластин, оболо чек) к углеродным нанотрубкам. Упругие свойства/Д. С. Лисовен ко, В. А. Городцов. - М., 2004. - 67 с.

16.Лозовик Ю. Е. Образование и рост углеродных нано структур — фуллеренов, наночастиц, нанотрубок и конусов/Ю. Е. Лозовик, А. М. Попов// УФН. - 1997. - Т. 167, № 7. -

С. 751-774.

17.Лускинович П. Н. Нанотехнологии XXI века: аналитиче ский обзор/П. Н. Лускинович, П. В. Иванов, И. В. Волкова. — М.:

ВНТИЦ, 2001.-20 с.

№5.-С. 2-8.

19.Любченко В. Е. Алмаз — перспективный материал для наноэлектроники/В. Е. Любченко, А. Ю. Митягин, Л. А. Помор-

цев//Инж. физика. - 2003. - № 5. - С. 51-58.

20.Лякишев Н. П. Наноматериалы конструкционного назначения/Н. П. Лякишев, М. И. Алымов, С. В. Добаткин//Кон-

версия в машиностроении. - 2002. - № 6(55). - С. 125-130.

21.Малинецкий Г. Г, Нанобиология и синергетика. Проблемы и идеи/Г. Г. Малинецкий, Н. А. Митин, С. А. Науменко. — М., 2005.-31 с.

22.Мальцев П. П. От редакции [Основные даты развития микро- и наносистемной техники в Российской Федерации]/П. П. Мальцев//Наноимикросистемнаятехника. — 2005. — №1. — С. 2-4.

23.Мальцев П. П. О терминологии в области микро- и наносистемной техники/П. П. Мальцев//Нано- и микросистемная техника. - 2005. - № 9. - С. 2-5.

24.Митрофанов О. Нанотехнология — шаг за горизонт / О. Митрофанов // Техника — молодежи. — 2001. — № 12.

—

С. 10-12.

237

-НАНОТЕХНОЛОГИИ -

25.Мы давно вдыхаем углеродные нанотрубки // Приро да. - 2005. - № 10 (1082). - С. 83-84.

26.Мюллер Б. Технология, открывающая новую эпоху: нанотехника покоряет микрокосмос / Б. Мюллер // Deutschland. — 1999. -№3.- С. 49-51.

27.Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная тех ника. Мировые достижения за 2005 год: сб. / Под ред. д-ра техн. наук, проф. П. П. Мальцева. — М.: Техносфера, 2006. — 152 с.

28.Неволин В. К. Зондовые нанотехнологии в электронике

/В. К. Неволин. — М.: Техносфера, 2005.

29.Основы прикладной нанотехнологии/Под общей ре дакцией проф. В.И. Балабанова. М.: МагистрПресс, 2007. — 208 с.

30.Поляков С. А. Нанотехника в трибологии/С. А. Поля ков, С. П. Хазов // Нанотехника. - 2006. - № 1. - С. 42-51.

31.Пул Ч. Нанотехнологии/Ч. Пул, Ф. Оуэне; 2-е изд. — М.: Техносфера, 2006 - 260 с.

32.Сергеев Г. Б. Нанохимия / Г. Б. Сергеев. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 2003. - 228 с.

33.Суздалев И. П. Нанотехнология: физикохимия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / И. П. Суздалев. — М.:

Комкнига, 2006 - 592 с.

34.Федоренко В. Ф. Нанотехнологии и наноматериалы в аг ропромышленном комплексе: науч. аналит. обзор/В. Ф. Федорен ко. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. - 96 с.

35.Barthlott W. The purity of sacred lotus or escape from contamination in biological surfaces/W. Barthlott, C. Neinhuis. — 1997.-Planta202:P. 1-8.

36.Binnig G. et al// Phys. Rev. Lett. - 1982. - V. 49. - P. 57.

37.Drexler К. E. Molecular Engineering : an Approach to the Development of General Capabilities for Molecular Manipulation/K. E. Drexler // Proc. Natl. Acad. Soc. USA. - 1981. - No 78. - P. 5275-5278.

38.Drexler К. E. Engines of Creation: the Coming Era of Nanotechnology/K. E. Drexler. — NY: Ancor Press, 1986 // Doubleday. Русский перевод по ссылкам: http://mikeai.nm.ru/

russian/eoc/eoc.html; http: //www.fictionbook.ru/en/ author/ dreksler_yerik/mashiniy_sozdaniya/.

39. Drexler К. E. Nanosystems: Molecular Machinery, Manufactu ring and Computation/K. E. Drexler. — NY: John Wiley and Sons, 1992.

238

—Список литературы —

40.Iijina S. Helical microtubules of graphitic carbon // Nature. - 1991. -V. 354. - P. 56. . 41. Iijina S., Ichihashi, T. // Nature. - 1993. - V. 363. - P. 603.

42.Feynman, R. P. There's Plenty of Room at the Bottom/R. P.

Feynman//Engineering and Science (California Institute of Technology). February 1960. - PP. 22-36. (http://nano.xerox. com/nanotech/feynman.html). Русский перевод: Химия и жизнь. - 2002.-№12.-С. 21-26.

43.Freitas Я A. Nanomedicine. - V. I: Basic Capabilities/R. A. Freitas//LandesBioscience, 1999.

44.Kroto H. W. et al. Cm: Buckminsterfullerene/H.W. Kroto, J.R.Heath, S.C. O'Brien, R.F. Curl, R.E. Smalley//Nature. - 1985. - V. 318.-P. 162.

45.Kroto H. W.//Science. - 1988. - V. 242. - P. 1139.

46.Merkle R. C. Molecular building blocks and development strategies for molecular nanotechnology/R. C. Merkle//Nanotechnology. - 2000. - No 11 - PP. 89-99.

47.Phoenix C. Design of a Primitive Nanofactory/C. Phoenix// Journal of Evolution and Technology. - V. 13 - October, 2003.

48.Taniguchi N. On the Basic Concept of NanoTechnology/N. Taniguchi//Proc. Intl. Conf. Prod. Eng. - Tokyo. - Part II, 1974.

49.Yakobson B. L, Smalley R. E. Fullerene nanotubes: Ci.ooo.ooo and beyond//American Scientist. 1997. - V. 85 - P. 324-337.

50. Williams, L. Nanotechnology Demystified/Williams, W. Adams// The McGraw-Hill Companies. 2007. - 343 p.