БелИСА    Журнал «Новости науки и технологий»    Журнал «Новости науки и технологий». Номер 1(4) 2006
Русская версия
Беларуская версія English version
Журнал «Новости науки и технологий». Номер 1(4) 2006

За наноматериалами и нанотехнологиями большое будущее

04 июля 2006 г.


В Беларуси действует Государственная программа ориентированных фундаментальных исследований «Наноматериалы и нанотехнологии». Что подразумевает этот документ в более широком смысле, какие направления научно­-технической деятельности он охватывает? С какими проблемами приходится сталки­ваться в ходе реализации задач, поставленных правительством? И, главное, есть ли реаль­ные успехи и продвижения в научно-технической сфере на данном направлении, учитывая уже тот факт, что наша страна на фоне иных государств СНГ издав­на отлича­ется достаточно высоким научным потенциалом? На эти и другие во­просы мы попросили ответить первого заместителя Председателя Президиума Нацио­нальной академии наук Беларуси, научного координатора выше­упомянутой программы, академика Петра Александровича Витязя.


— Сразу хотел бы отметить, что еще в прошлом году в Республике Беларусь принята концепция развития науки и таким образом определены приоритеты, действует соответствующий указ главы государства. По сути, заложены основы на ближайшую перспективу в развитии различных направлений научно-технической деятельности в соответствии с Планом социально-экономического развития на 2006–2010 гг., а также ближайшие 20 лет.

— Петр Александрович, о наноматериалах, нанотехнологиях говорят все чаще и чаще… Но простой обыватель очень слабо понимает, о чем идет речь. Профессионалы в своей области иногда тоже не могут вразумительно рассказать об этих новшествах научно-технического прогресса. Что же все-таки скрывается под этими терминами?

— Наноматериалы и нанотехнологии — это на сегодня, пожалуй, одно из самых перспективных направлений, обеспечивающих в будущем социально-экономический прорыв, соответственно, гарант стабильности любого государства. Это непреложный факт, это понимает руководство любой страны, которое предельно внимательно следит за успешным и поступательным развитием всех отраслей народного хозяйства. Ведь подобные технологии служат основой для машиностроения, приборостроения, электротехники, иных специальных, в том числе наукоемких направлений…

Создание новых материалов, о которых мы говорим, стало приоритетом на всех континентах. С конца прошлого столетия и в начале нынешнего практически во всех развитых странах особое внимание уделяется созданию наноматериалов и нанотехнологий. Эта отрасль науки основана на том, что нам нужно научиться работать с материалами на уровне нановеличин. Будь то порошок, пленка или любая другая структура, — мы должны научиться получать непосредственно наноразмерные материалы, управлять производственными процессами и получать наноматериалы с заданными свойствами. Пока здесь еще очень много сложностей. Они связаны с тем, что нет лабораторий, нет технологий, зачастую неизвестно, как ведет себя вещество таких размеров. Как, скажем, поведет себя нанопорошок при попадании в организм человека? Ведь его воздействие может быть различным…

Повторюсь, исследованиями в этом направлении активно занимаются все высокоразвитые страны. И Беларусь в их ряду не исключение. Поверьте, нам уже есть чем гордиться.

— Какие направления охватывает программа, которую Вы курируете?

— Она представлена шестью разделами: углеродные нанотрубки и фуллерены, сверхтвердые и тугоплавкие наноматериалы, магнитные наноматериалы, наноэлектроника и микросистемы, композиционные наноматериалы и физико-технологические основы систем с наноразмерным структурированием.

В выполнении 131 задания программы участвуют 19 организаций НАН Беларуси, еще 15 — Министерства образования. А это свыше тысячи исполнителей, среди них 16 академиков, 16 член-корреспондентов, около 130 докторов наук, более 300 кандидатов наук, 7 докторантов, 112 аспирантов, 55 соискателей ученых степеней.

— Шесть разделов — шесть направлений. Каких результатов удалось добиться за последние годы? Чем может гордиться отечественная наука?

— Среди приоритетных задач по первому разделу важное место занимает, во-первых, исследование механизмов синтеза углеродных нанотрубок и фуллеренов при атмосферном давлении в условиях разного типа электроразрядной плазмы и фильтрационного горения и также в ударных волнах. Во-вторых, разработка высокопроизводительных методов, установок и технологий их получения, а также наноматериалов на их основе, в том числе обладающих высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения и высокой химической инертностью. Область применения всего этого — электронная техника.

Актуальными являются разработки эффективных методов и технологий очистки и разделения углеродных наноматериалов, а также нового поколения зондов-наноманипуляторов на базе углеродных нанотрубок для увеличения разрешающей способности атомно-силовых микроскопов до 1 нм.

Что касается результатов, то только за два года выполнения первой программы в Институте тепло— и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси разработаны принципиально новые методы синтеза углеродных наноматериалов, основанные на неравновесных физических условиях, которые способны кардинально изменять протекание физико-химических преобразований в веществе. Речь идет об ударных волнах, фильтрационном горении, высоковольтном разряде, дуговом разряде в сильном магнитном поле. Эти методы ориентированы на перспективу в создании высокопроизводительных энергосберегающих установок с использованием доступного сырья, например, газообразного и жидкого углеводородного топлива и спиртов.

Проведены работы по развитию новых приложений одного из наиболее современных методов диагностики в области наноматериалов — атомно-силовой микроскопии (АСМ). Продолжаются исследования по повышению разрешающей способности прибора за счет создания чувствительного зонда на основе единичной углеводородной нанотрубки. Изготовлен макет устройства для реализации принципиально новой мембранно-капельной технологии модифицирования острия зонда АСМ. В случае успеха эти зонды можно будет использовать для нужд биоинженерии и при конструировании наномеханизмов, например, нанороботов.

В научных и заводских лабораториях нашей страны внедрено более десяти измерительных комплексов на базе АСМ НТ-206. Мы организовали их поставку в Россию, Украину, Польшу, Литву, Словакию, Южную Корею, Тайвань.

Получено новое вещество Cu6C60 , показавшее высокие эмиссионные свойства.

Установлены технологические условия осаждения и модификации поверхности оксикерамических покрытий, обеспечивших снижение коэффициента трения на 30–40% и увеличение износостойкости в три раза.

Исследованы структура, внутренние механические напряжения, адгезионные и коррозионные свойства покрытий Ti–C60, изготовленных в разных технологических условиях. Результаты подтвердили перспективность применения подобных покрытий в эндопротезах.

Создан высокотемпературный реактор для получения углеродных нанотрубок с возможностью установки подложек с матрицей наноразмерных катализаторов, которые изготавливаются в Институте электроники НАН Беларуси.

Выявлено необычное для Fe–C материалов структурное состояние, характеризующееся наличием сверхтвердой фазы на основе железа с микротвердостью, превышающей 30 ГПа.

Также получен новый тип материала лигатуры на основе никеля и трехпроцентной массовой доли наноалмазов, который перспективен для изготовления инструментальных сталей.

И это достижения наших коллег только по первому направлению. А ведь их, как помните, шесть. Я отнюдь не случайно сказал о том, что Беларуси есть чем гордиться в области разработок и развития нанотехнологий и наноматериалов.

— Второе направление предусматривает исследования процессов получения, структуры и свойств наноразмерных порошков и волокон тугоплавких соединений оксидов, карбидов, нитридов и разработку технологий их получения. Здесь также есть реальные достижения?

— Помимо этого данный раздел ориентирован еще и на исследование условий получения и механизмов формирования сверхтвердых и тугоплавких наноматериалов при высоких давлениях и температурах, а также разработку новых сверхтвердых наноматериалов на основе алмаза и кубического нитрида бора с твердостью 80–100 ГПа и выше и термоустойчивых наноматериалов на основе боридов, карбидов, нитридов, оксидов с твердостью 30–40 ГПа.

В рамках этих задач уже проведены комплексные работы по созданию прозрачных в оптическом диапазоне алмазоподобных пленок для защиты стеклянных оптических покрытий. Экспериментально показана возможность получения углеродных пленок с аморфной алмазоподобной структурой.

Разработаны технологии и созданы мощности по опытно-промышленному производству композиционных материалов и детонационному синтезу наноалмазов. Технологически схема включает стадии денотационного синтеза энергией взрыва смесевых зарядов тротил-гексогена в вакуумных камерах, химическую очистку. Наноалмазные порошки имеют размер 4–8 нм, девяти марок, отличающихся по чистоте содержания алмазов от 30 до 99%. Использование наноалмазов при гальванических покрытиях в количествах менее 1% позволяет получать композиционные материалы с повышенной в 1,5–2 раза коррозионной стойкостью и износостойкостью, твердостью, повышенной в 1,3–1,6 раза. Значительно повышается надежность слаботочных скользящих электрических контактов.

Разработан метод синтеза наноструктурных порошков кубического нитрида бора с использованием фторсодержащих компонентов. Также разработан метод получения поликристаллических микропорошков с нанодисперсной структурой в условиях невысоких давлений и температур без использования металлов-катализаторов. В результате спекания в области стабильности алмаза модифицированных неалмазным углеродом порошков ультрадисперсных алмазов получен сверхтвердый материал с микротвердостью на уровне 55–65 ГПа. И это далеко не все.

— Известно, что сейчас ваши коллеги напряженно трудятся над получением материалов с более высокими магнитными свойствами. Это им удается?

— Да, действительно, этим направлением занимается коллектив научных сотрудников под руководством доктора физико-математических наук Валерия Михайловича Федосюка (Институт физики твердого тела и полупроводников НАН Беларуси). Получение гигантских магнитов широко описано в литературе, поэтому я не буду подробно останавливаться на этой теме. Скажу лишь, что на сегодняшний день в республике разработаны нанокристаллические и аморфные магнитомягкие материалы, нанокластерные и наногранулированные магнитные материалы с эффектом гигантского изотропного магнитосопротивления, нанопроволоки, мультислойные покрытия с высокой чувствительностью магниторезистивного эффекта, наконец, магнитожесткие материалы с большой величиной энергий.

Кроме того, разработаны состав и метод синтеза нанопорошка никель-цинк-медного феррита для изготовления чип-индуктивностей рабочего диапозона частот 4 МГц. Результаты исследования планируем внедрить на Витебском заводе радиодеталей производственного объединения «Монолит» для изготовления индуктивных элементов и замены, таким образом, закупаемого за рубежом сырья на собственное.

Разработан и изготовлен новый механоэлектрический преобразователь для измерения больших (до 106 Н) сил, опытный образец которого передан на электромеханический завод в Молодечно для испытаний по взвешиванию железнодорожных составов.

В общем, реальные успехи у нас есть, более того, в самое ближайшее время мы собираемся внедрить в отечественную промышленность многие наши разработки.

Предвижу вопрос по поводу наноэлектроники — четвертого направления программы, которое возглавляет доктор технических наук, профессор, академик НАН Беларуси Владимир Архипович Лабунов. Здесь есть также новые идеи. Дело в том, что по данному разделу требуется отличный от устоявшегося уклад в науке, подходах, технологиях. Сейчас в мире все внимание сосредоточено на уменьшении размеров элементной базы. Кажется, еще совсем недавно достижением считалось освоение технологии элементной базы 0,8; 0,5 мкм. Размеры все уменьшаются, уже есть и 0,15 мкм. В производстве у нас сейчас имеется размер 0,8, планируем 0,5.

И если мы хотим соответствовать зарубежному уровню, то сейчас мы должны научиться на атомарном уровне создавать микросистемы, то есть композиции, которые необходимо буквально «выращивать» на молекулярном уровне. По некоторым технологиям, например, полевым транзисторам, так называемым индивидуальным дисплеям, в лабораторных условиях успехи уже есть. Но задача задач на сегодня — это разработка промышленных подходов, промышленных технологий, выявление тех областей, где бы мы могли создать рынок, создать соответствующие мощности по данному направлению.

— Исследованиям, касающимся композиционных материалов, наверняка отводится не последнее место. Давайте остановимся на конкретных примерах внедрения уже готовых разработок.

— Пожалуйста. Я вам приведу несколько убедительных примеров. В Гомельском государственном университете исследовали реологические свойства, а также влияние стабилизаторов на устойчивость разработанных дисперсий на основе наноразмерных частиц диоксида кремния для полировки изделий оптики и электроники. Дисперсия для полировки пластин монокристаллов внедрена на унитарном предприятии «Завод Камертон» в Пинске, а также у наших восточных соседей — на ЗАО «Группа-Кремний» в Брянске.

В результате исследований тонких антифрикционных и износостойких покрытий из диффузионно-легированных сплавов, полученных финишной антифрикционной безабразивной обработкой и электроискровой наплавкой, разработаны методы упрочнения поверхностей различных изделий. В итоге упрочнена партия нажимных дисков коробки перемены передач трактора К-701 для РУП «Витебскнабмелиоводхоз».

Изготовлена и испытана опытная партия упрочненных рамных пил фирмы «Pilana» на ГЛХУ «Глубокский опытный лесхоз».

Хотелось бы также отметить, что и по разделу физико-химии элементов и систем с низкоразмерным структурированием мы добились интересных и важных материалов.

— Петр Александрович, очевидно, что реализация программы была бы немыслима без соответствующего финансирования. Приоткройте тайну, во что обходятся нам исследования, разработки, внедрение…

— Секрета здесь никакого нет. Просто следует сказать, что объемы финансирования нашей программы в целом значительно меньше, чем аналогичных программ в развитых западных странах. Однако финансирование работ в области наноматериалов с каждым годом увеличивается. Особенно быстрый рост (почти в пять раз за время выполнения программы) происходил в университетской науке. В настоящее время объемы финансирования из бюджета исследований в области наноматериалов и нанотехнологий в организациях Министерства образования и НАН Беларуси приблизительно одинаковы и составляют около 3,5 млрд рублей в год

Увеличение финансирования в определенной мере связано с тем, что в еще в 2003 г. в программу по просьбе Министерства образования дополнительно включили 11 заданий межвузовской программы «Наноматериал», а в 2004 г. — еще 10 дополнительных заданий, пять из них по разделу «Физико-химия элементов и систем с низкоразмерным структурированием» на основе межвузовской программы «Низкоразмерные системы», три отдельных задания по разделу «Наноэлектроника и микросистемы» и два задания по разделу «Композиционные наноматериалы и сертификация продукции».

В рамках программы также выполняются более 25 международных научных проектов МНТЦ, INTAS, НАТО SfP и др. Нами заключены 36 международных соглашений о сотрудничестве с Канадой, Францией, Германией, Швецией, Польшей, Россией, Украиной, Литвой и многими другими странами.

— Хотелось бы также узнать о тех предприятиях или организациях, которые непосредственно заинтересованы в результатах Государственной программы ориентированных фундаментальных исследований «Наноматериалы и нанотехнологии».

— Чтобы перечислить всех, потребуется немало времени. Это в первую очередь предприятия машиностроительной отрасли, включая автомобилестроение, радиотехнической и электронной отрасли, связи, медицинского профиля. Лакокрасочное и инструментальное производство также является перспективным потребителем разрабатываемых наноматериалов и нанотехнологий. Следует отметить заинтересованность и ряда зарубежных организаций, сотрудничество с которыми в области наноматериалов осуществляется в рамках международных научных проектов и соглашений о научно-техническом сотрудничестве.

— Скажите, а какие проблемы на сегодняшний день больше всего заботят Вас как координатора такой грандиозной по масштабам программы?

— Одна из проблем заключается в том, что уже сегодня понятно — далеко не все задания имеют перспективу практической реализации результатов в обозримом будущем.

К основной проблеме отнес бы тот факт, что у нас пока не сформирован соответствующий рынок наноматериалов и нанотехнологий. Путь этот тернист, технология консервативна — требует проверки, изучения, испытания и только потом внедрения. Откликнется ли потребитель — тоже вопрос. В любом случае можно смело утверждать: за наноматериалами, нанотехнологиями — большое будущее.

В этой пятилетке в рамках программы продолжается развитие работ по следующим направлениям:

  1. Исследование механизмов синтеза углеродных нанотрубок и фуллеренов и разработка высокопроизводительных методов их получения для создания новых материалов и приборов на их основе.
  2. Исследование, разработка и коммерциализация новых типов сверхтвердых и тугоплавких наноматериалов на основе алмаза, кубического нитрида бора, карбидов, боридов, нитридов, оксидов и технологий их получения.
  3. Исследование процессов структурообразования и разработка магнитомягких и магнитожестких нанокристаллических материалов с высокими магнитными характеристиками.
  4. Разработка, исследование и доведение до уровня коммерциализации ряда устройств и систем наноэлектроники, формируемых на основе наноструктурированных кремния и окиси алюминия, а также органических и неорганических молекул.
  5. Разработка и исследование новых функциональных и конструкционных нанокомпозитов в виде частиц, слоев, покрытий, объемных материалов различного назначения для использования в промышленности.
  6. Разработка новых принципов и методов исследования и диагностики материалов, среди систем с наноразмерным структурированием.


Ссылки по теме:

 

версия для печати 
АНОНСЫ

Перечень международных выставок 2024 года, на которых ГУ «БелИСА» выступает выставочным оператором коллективного раздела научно-технических разработок

Раздел: Анонсы

Республиканский семинар по вопросам изобретательства, рационализаторства и инженерно-технического творчества (21 августа 2024 г., г. Витебск)

Раздел: Анонсы

Раздел научно-технических разработок на выставке в рамках XI Международного форума технологического развития «ТЕХНОПРОМ – 2024» (27 – 30 августа 2024 г., Российская Федерация, г.Новосибирск)

Раздел: Анонсы

XXVIII Международная специализированная выставка «Энергетика. Экология. Энергосбережение. Электро» (15-18 октября 2024 г.)

Раздел: Анонсы

Седьмая Китайская международная выставка импорта (5 – 10 ноября 2024 г., КНР, г. Шанхай)

Раздел: Анонсы

Раздел научно-технических разработок Республики Беларусь на Китайской выставке высоких технологий (14 – 16 ноября 2024 г., Китайская Народная Республика, г.Шэньчжэнь)

Раздел: Анонсы

НОВОСТИ  |  О ГУ «БелИСА»  |  Вакансии  |  МЕРОПРИЯТИЯ  |  Издания ГУ «БелИСА»  |  Журнал «Новости науки и технологий»  |  Государственная научная и государственная научно-техническая экспертиза  |  Государственная регистрация научно-исследовательских и опытно-конструкторских (опытно-технологических) работ  |  Реестр результатов научно-технической деятельности  |  Депонирование научных работ  |  Инжиниринговые услуги  |  Национальная инновационная система  |  Прогнозирование потребности в научных работниках высшей квалификации  |  Комплексный прогноз научно-технического прогресса (КП НТП)  |  Государственная система научно-технической информации  |  Научно-техническая деятельность  |  Международное сотрудничество  |  Национальный информационный офис программ ЕС по науке и инновациям  |  Информация для сотрудников ГУ «БелИСА»  |  Комиссия по противодействию коррупции  |  Обратная связь  |  Первичная профсоюзная организация ГУ «БелИСА»

Последнее обновление: 19.07.2024
Copyright © БелИСА