 |
Газотурбинные технологии для транспорта и энергетики |
|
Газотурбинные технологии для транспорта и энергетики |
Что такое нанотехнологии?
– Кирилл Геннадьевич, для начала давайте разберемся: почему общее название технологий, о которых пойдет речь, снабжено приставкой «нано»?
– Эта приставка говорит об уменьшении основной единицы измерения в миллиард (или в десять в девятой степени) раз. В данном случае имеется в виду нанометр – одна миллиардная метра. Это барьер, за которым уже «ощущаются» характерные размеры атомов. Скажем, период кристаллической решетки кремния – основного химического элемента, применяемого в современной микроэлектронике, – составляет 5,4 Ангстрема (Ангстрем – одна десятая нанометра). Поэтому под нанотехнологиями принято понимать набор научно обоснованных приемов, позволяющих оперировать с группами атомов или даже с отдельными атомами. Спектр применения этих технологий невероятно высок. Например, медикам известна аллергия на контрастное вещество, вводимое в кровь пациента перед рентгеновским обследованием. Так вот, нанотехнологии позволяют изготовить безвредный для человека углеродный контейнер, внутрь которого можно поместить всего несколько атомов контрастного вещества, и при этом удастся избежать непосредственного контакта человеческих тканей с веществом-аллергеном. А в энергетике с использованием нанотехнологий можно построить ячейки и контейнеры для безопасного хранения водорода чуть ли не на улице.
– Это пока фантастика или в лабораториях уже ведутся работы с конкретными результатами?
– Нанотехнологии – уже не фантастика. Например, у меня дома лежат так называемые наноноски. Это обычные носки, покрытые наночастицами серебра. Дело в том, что серебро, попавшее внутрь организма, – сильнейший яд. На поверхности же человеческого тела этот металл – наоборот, наш союзник: он очень эффективно убивает болезнетворные бактерии (вспомните серебряные столовые приборы, неизменно ценившиеся во все времена). И, скажем, в больницах и госпиталях атомы серебра могли бы сослужить человечеству огромную службу, сохраняя перевязочный материал стерильным фактически даже в условиях открытого хранения. Но как этого добиться на практике? Нанотехнологииподсказывают, как именно: достаточно обработать ткань так называемым ультраколлоидным раствором серебра – и, пожалуйста, носите себе на здоровье. В России такие вещи уже выпускает одна петербургская текстильная фирма.
– Сколько стоят такие носки? Ведь серебро – все-таки драгметалл…
– Немногим дороже обычных носков: общий вес серебра там – тысячная доля грамма.
– Наверное, они требуют бережного обращения…
– Да нет, носки как носки. Правда, выдерживают всего около десяти стирок.
Молекула, вам укольчик!
– Но мне до сих пор казалось, что нанотехнологии прежде всего призваны обеспечить внедрение чужеродной, искусственно созданной микроструктуры в живой организм с целью оказать ему помощь. Например, в научно-популярной и околонаучной прессе активно обсуждаются перспективы крионики – набора технических методов, позволяющих подвергнуть неизлечимо больного пациента глубокой заморозке сразу же после его клинической смерти в надежде, что будущие поколения найдут возможность справляться с ныне смертельными недугами, и сразу после разморозки обреченный обретет исцеление. Так вот, апологеты крионики убеждены, будто безопасную разморозку обеспечат именно нанотехнологии – при помощи так называемых нанороботов.
– Вот это как раз пока фантастика. Прежде всего потому, что главный ущерб биотканям при разморозке наносят ледяные кристаллики, рвущие клеточные мембраны. И я не очень представляю, как нанотехнологии (по крайней мере в обозримой перспективе) могут справиться с этой проблемой. Но мы занимаемся и «внедрением искусственных структур», говоря вашими словами. Так, источник синхротронного излучения, возле которого мы беседуем, помогает реализовать одну из важнейших задач нанотехнологий – непосредственную доставку лекарства к пораженной точке человеческого организма. С помощью большого накопительного кольца «Сибирь-2» мы расшифровываем структуры белковых молекул, которые потом можно использовать в лекарственных препаратах, и пытаемся понять, как именно в силу своей геометрии эта молекула будет взаимодействовать с живой тканью. Фактически это и естьнанотехнологии в чистом виде, потому что здесь мы имеем дело с «тонкой настройкой» атомно-молекулярного мира. За рубежом уже опубликованы работы, авторы которых утверждают, что смогли «увидеть» отдельные атомы углерода при помощи так называемого зондового микроскопа.
– А что собой представляет зондовый микроскоп?
– Это очень тонкая кремниевая игла с диаметром острия порядка нанометра. С ее помощью можно фактически «ощупывать» поверхность, различая отдельные молекулы и атомы. Подведя же к кончику иглы электрический потенциал, реально вырывать отдельный атом из окружения и, перетаскивая его на другое место, изменять геометрию кристаллической решетки.
– То есть можно превращать графит в алмаз?
– Теоретически да. Но стоить он будет много дороже самых крупных самородков, продающихся на самых дорогих биржах мира. Пока приемы зондовой микроскопии – скорее научные игрушки, отлично тем не менее демонстрирующие перспективные возможности нанотехнологий.
Не прозевать старт
– С чем связан неимоверный ажиотаж вокруг нанотехнологий в России?
– Поколение назад наша страна проиграла гонку в микроэлектронике. Все, что делается сейчас в этой области человеческой деятельности, придумано, за редчайшим исключением, не нами. Конечно, можно, затратив гигантские средства, попытаться догнать ушедших далеко вперед лидеров. И… убедиться, что сделано это напрасно: не сегодня-завтра человеческая цивилизация исчерпает возможности микроэлектроники. Дальше уменьшать приборы и устройства уже нельзя изза принципиальных ограничений на размер кристалла кремния – основного химического элемента, применяемого в микроэлектронике. Значит, надо либо переходить на другой элемент (и тем самым менять все основы микроэлектроники), либо вообще отказываться от микроэлектроники, ведь за ближайшим поворотом – уже нанотехнологии. Понятно, что второй путь плодотворнее. А наша страна сейчас находится в уникальной ситуации. На стартовой позиции в силу развитых научных школ и пока имеющихся кадров мы остальному миру практически не уступаем, поэтому важно не проиграть уже после «отмашки» в начальной фазе самой «гоночной дистанции».
– Но мы сегодня говорили об исследованиях, проводящихся в тиши научных лабораторий. Значит ли это, что главный «старт» еще не дан?
– Конечно, пока нанотехнологии в основном удел ученых. И наша задача – выйти как можно скорее на опытное, а потом и на промышленное производство. В России уже производится целый ряд нанопродуктов, востребованных на рынке: наномембраны, нанопорошки, нанотрубки. Думаю, потребуется всего несколько лет, чтобы подготовить к выходу на рынок продукцию следующего поколения: наноэлектронные устройства, средства доставки лекарств микросистемной техники, наноуглеродные материалы. А лет через десять настанет пора продуктов нанобиотехнологий и гибридных приборов. Всего один пример: на минувшем Международном авиационно-космическом салоне в Жуковском Институт ядерного синтеза нашего научного центра заключил договор с НПО «Сатурн» и Уфимским моторостроительным производственным объединением на выпуск модифицированного турбинного покрытия. Наши ученые вышли на эту тему, ведя исследования по международному проекту «ИТЭР» в области управляемого термоядерного синтеза. Там нужно было разработать покрытие, выдерживающее температуру раскаленной плазмы. Так что теперь термояд косвенно поможет нашим авиаторам получить сверхпрочные турбины.
– А чем непосредственно занимается ваша лаборатория?
– Сейчас мы совместно с немецкими коллегами создали микрореактор для смешивания жидкостей в мельчайших объемах (до одного миллилитра). Это устройство незаменимо, если в результате химической реакции может образовываться особо опасное вещество, а возможности изолировать лабораторию от внешней среды нет. Раз речь идет о микрообъемах, то и опасность в случае ЧП намного меньше. Это, конечно, пока еще не нанотехнологии – как говорится, «болванки», «нанодрова». Но это реальные научные заготовки, которые обязательно пригодятся в ближайшем будущем.
 |
|
|
