Реферат: Тенденции развития современных направлений науки
· Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии
· Технологии создания энергоэффективных двигателей и движителей для транспортных систем
· Технологии экологически безопасного ресурсосберегающего производства и переработки сельскохозяйственного сырья и продуктов питания
· Технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых
Только рынок наноиндустрии к 2015 г., по оценкам экспертов, достигнет $1 трлн. Аналогичная судьба ждет и остальные сегменты в рамках выбранных приоритетных направлений развития науки, технологий и техники. И у России есть реальная возможность получить на этих рынках значительную долю.
Уже сейчас под эгидой Минобрнауки идет работа по объединению усилий государства, ученых и предпринимателей по реализации приоритетных направлений развития науки, технологий и техники. Сегодня из девяти важнейших инновационных проектов государственного значения, реализуемых Роснаукой, три связаны с освоением нанотехнологий. Причем бюджетные средства составляют 2,76 млрд. руб., а частные инвестиции уже превысили 3 млрд. руб. Эти проекты - конкретный пример успешного частногосударственного партнерства и хороший старт системы коммерциализации технологий.
На основании указанных приоритетных направлений развития науки, технологий и техники сформирована новая структура Федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002 - 2006 годы, в соответствии с которой ведущие научные учреждения борются за государственное финансирование на конкурсной основе.
1. Нанотехнологии
1.1 История и понятия нанотехнологий
Многие источники, в первую очередь англоязычные, первое упоминание методов, которые впоследствии будут названы нанотехнологией, связывают с известным выступлением Ричарда Фейнмана "Там внизу много места" (англ. "There’s Plenty of Room at the Bottom"), сделанным им в 1959 году в Калифорнийском технологическом институте на ежегодной встрече Американского физического общества. Ричард Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы, при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам.
Этот манипулятор он предложил делать следующим способом. Необходимо построить механизм, создававший бы свою копию, только на порядок меньшую. Созданный меньший механизм должен опять создать свою копию, опять на порядок меньшую и так до тех пор, пока размеры механизма не будут соизмеримы с размерами порядка одного атома. При этом необходимо будет делать изменения в устройстве этого механизма, так как силы гравитации, действующие в макромире будут оказывать все меньшее влияние, а силы межмолекулярных взаимодействий и Ван-дер-ваальсовые силы будут все больше влиять на работу механизма. Последний этап— полученный механизм соберёт свою копию из отдельных атомов. Принципиально число таких копий неограниченно, можно будет за короткое время создать произвольное число таких машин. Эти машины смогут таким же способом, поатомной сборкой собирать макро вещи. Это позволит сделать вещи на порядок дешевле— таким роботам (нанороботам) нужно будет дать только необходимое количество молекул и энергию, и написать программу для сборки необходимых предметов. До сих пор никто не смог опровергнуть эту возможность, но и никому пока не удалось создать такие механизмы.
В Техническом комитете ISO/ТК 229 под нанотехнологиями подразумевается следующее:
· знание и управление процессами, как правило, в масштабе 1 нм, но не исключающее масштаб менее 100 нм, в одном или более измерениях, когда ввод в действие размерного эффекта (явления) приводит к возможности новых применений;
· использование свойств объектов и материалов в нанометровом масштабе, которые отличаются от свойств свободных атомов или молекул, а также от объемных свойств вещества, состоящего из этих атомов или молекул, для создания более совершенных материалов, приборов, систем, реализующих эти свойства.
Согласно "Концепции развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года" (2004г.) нанотехнология определяется как совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.
Практический аспект нанотехнологий включает в себя производство устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и наночастицами. Подразумевается, что не обязательно объект должен обладать хоть одним линейным размером менее 100 нм— это могут быть макрообъекты, атомарная структура которых контролируемо создаётся с разрешением на уровне отдельных атомов, либо же содержащие в себе нанообъекты. В более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов.
Нанотехнологии качественно отличаются от традиционных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул или агрегатов молекул (например, силы Ван-дер-Ваальса), квантовые эффекты.
Нанотехнология и в особенности молекулярная технология— новые, очень мало исследованные дисциплины. Основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее, проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных достижений позволяет относить её к высоким технологиям.
Развитие современной электроники идёт по пути уменьшения размеров устройств. С другой стороны, классические методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройства уменьшается не намного, зато экономические затраты возрастают экспоненциально. Нанотехнология— следующий логический шаг развития электроники и других наукоёмких производств.
График увеличения инвестиций в микроэлектронику и нанотехнологии в России.
| Год | Инвестиции (в млн долларов) |
| 1970 | 7 |
| 1990 | 12 |
| 2000 | 22 |
| 2010 | 30 |
1.2 Нанотехнологии в СМИ
Между гендиректором "Роснано" Анатолием Чубайсом и президентом ОАО РЖД Владимиром Якуниным было подписано соглашение о нанотехнологических инновациях на железнодорожном транспорте.
"Соглашение формирует отраслевой механизм внедрения и продвижения инновационной, в том числе нанотехнологической, продукции. Выполнение его положений позволит удовлетворить возросшие требования к качеству транспортных услуг, увеличить объемы перевозок, вес поездов и участковые скорости", — отмечается в документе.
В соответствии с соглашением "Роснано" и РЖД определят наиболее перспективные области применения новой продукции, регионы и подразделения для внедрения комплексных проектов, а также создадут систему мониторинга эффективности нанотехнологий.
Физики из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) синтезировали наноматериал, который способен стать основой для электронных устройств будущего,— соты из атомов углерода.
Сообщение о синтезе новой наноструктуры появилось в журнале Nature и сообщении университета. Важность открытия обусловлена тем, что углеродные наноструктуры проявляют свойства полупроводников и способны в перспективе заменить используемый сейчас в микроэлектронике кремний. Впрочем, электронные схемы на основе углеродных наносот и листов графена можно называть уже нано-, а не микроэлектронными.
Необходимо отметить, что приставка "нано" здесь действительно играет ключевую роль в физическом, а не только в рекламном смысле. Если взять частицу углерода в виде графита или алмаза (две известные по школьной программе формы этого элемента), то ее свойства будут кардинально отличаться от свойств тонкой пленки углерода толщиной всего в один атом. Листы из атомов углерода, называемые графеном, становятся полупроводниками, причем по ряду параметров в ряде случаев превосходящими обычный кремний. Если бы на их основе удалось наладить массовое производство микросхем, то такие чипы тоже работали бы быстрее обычных.
В предыдущем абзаце необходимо подчеркнуть два оборота: "в ряде случаев" и "если бы". Как пишут ученые в аннотации к своей статье, хорошие электрические характеристики появляются даже не просто у листа графена, а у упорядоченных "сот" из полосок углеродной одноатомной пленки. Которые вплоть до недавнего момента получить не удавалось.