Багато вчених до цих пір дивуються, на скільки точні були припущення Річарда Фейман. У своїй оригінальній промові він підкреслював ті величезні можливості, що з'являються при роботі на молекулярному рівні. Фейман хотів підштовхнути людей у ​​потрібному напрямку, щоб в майбутньому, «Озираючись на наш час, - говорив він, - Всі дивувалися, чому тільки в 1960 році хто-небудь почав серйозно замислюватися над цим питанням».
1966 р . Американський фізик Рассел Янг, який працював у Національному бюро стандартів, придумав пьезодвігатель, застосовуваний сьогодні в скануючих тунельних мікроскопах і для позиціонування наноінструментов з точністю до 0,01 ангстрем (1 нм = 10 A °).
1968 р . Виконавчий віце-президент компанії Bell Альфред Чо і співробітник її відділення з досліджень напівпровідників Джон Артур обгрунтували теоретичну можливість використання нанотехнологій у вирішенні задач обробки поверхонь і досягнення атомної точності при створенні електронних приладів.
1971 р . Рассел Янг висунув ідею приладу Topografiner, що став прообразом зондового мікроскопа. Настільки тривалі терміни розробки подібних пристроїв пояснюються тим, що спостереження за атомарними структурами призводить до зміни їх стану, тому були потрібні якісно нові підходи, які не руйнують досліджуваний речовина.
Щоправда, невдовзі роботи над Topografiner були припинені, і визнання до Янгу прийшло тільки в 1979 р ., Після чого він отримав безліч нагород.
1974 р . Японський фізик Норіо Танігучі, що працював в Токійському університеті, запропонував термін «нанотехнології» (процес поділу, складання і зміни матеріалів шляхом впливу на них одним атомом або однією молекулою), швидко завоював популярність у наукових колах.
1982 р . У Цюріхському дослідному центрі IBM фізики Герд Бінніг і Генріх Рорер (Нобелівські лауреати 1986 р . разом з Ернстом Руської) створили скануючий тунельний мікроскоп (СТМ), що дозволяє будувати тривимірну картину розташування атомів на поверхнях провідних матеріалів.
ВТМ діяв за принципом, схожому з закладеним в Topografiner, але швейцарці створили його незалежно від Янга, домігшись значно більшою роздільної здатності і розпізнавши окремі атоми в кальцієво-іридієво-олов'яних кристалах.
Головною проблемою в дослідженні були фонові перешкоди - вістря мікроскопа, позиціювалися з точністю до часток атома, збивалося від найменших шумів і вібрацій на вулиці.
1985 р . Троє американських хіміків: професор Райсского університету Річард Смеллі, а також Роберт Карл і Херольд Крото (Нобелівські лауреати 1996 р .) Відкрили фулерени - молекули, що складаються з 60 атомів вуглецю, розташованих у формі сфери. Ці вчені також вперше зуміли виміряти об'єкт розміром 1 нм.
1986 р . Герд Бінніг розробив скануючий атомно-силовий мікроскоп зондовий, що дозволив нарешті візуалізувати атоми будь-яких матеріалів (не тільки проводять), а також маніпулювати ними.
1986 р . Американський вчений Ерік Дрекслер, який працював у лабораторії штучного інтелекту Массачусетського технологічного інституту, написав книгу «Машини творення» («Engines of Creation»), в якій висунув концепцію універсальних молекулярних роботів, що працюють за заданою програмою і збирають що завгодно (у тому числі і собі подібних) з підручних молекул.
Ця ідея була, мабуть, навіяна Дрекслер його основною діяльністю - в задачах штучного інтелекту ідея самовідтворюються пристроїв зустрічається постійно.
Учений вже тоді досить точно передбачив чимало прийдешніх досягнень нанотехнологій, і починаючи з 1989 р . його прогнози збуваються, причому нерідко зі значним випередженням термінів.
1987-1988 рр.. У НДІ «Дельта» під керівництвом П. М. Лускіновіча запрацювала перша російська нанотехнологічна установка, яка здійснювала спрямований догляд частинок з вістря зонда мікроскопа під впливом нагрівання.
1989 р . Вчені Дональд Ейглер і Ерхард Швецер з Каліфорнійського наукового центру IBM зуміли викласти 35 атомами ксенону на кристалі нікелю назву своєї компанії.
Для першого в світі цільового перенесення окремих атомів в нове місце вони використовували ВТМ виробництва IBM. Щоправда, такий напис проіснувала недовго - атоми швидко розбіглися з поверхні.
Але сам факт наявності стороннього атома в молекулярній структурі деякого речовини відкривав потенційну можливість створення молекулярних автоматів, котрі тлумачать наявність або відсутність такого атома в деякій позиції як логічне стан.
1991 р . Японський професор Суміо Ліджіма, що працював в компанії NEC, використовував фулерени для створення вуглецевих трубок (або нанотрубок) діаметром 0,8 нм. На їх основі в наш час випускаються матеріали в сто разів міцніше сталі.
Залишалося навчитися робити такі трубки як можна більш довгими - їх розміри виявилися безпосередньо пов'язані з міцністю виготовляються речовин. Крім того, відкрилася можливість збирати з нанотрубок різні наномеханізми з зачепами і шестерінками.
Комп'ютерник Уоррен Робінет і хімік Стен Уїльямс, співробітники університету Північної Кароліни, виготовили наноманіпулятор - робот розміром з людину, зістиковано з атомним мікроскопом і керований через інтерфейс віртуальної реальності.
Оператор, маніпулюючи окремими атомами, з його допомогою міг фізично відчувати багаторазово посилену віддачу від модифікує речовини, що значно прискорювало роботу.
Намагатися робити прикладні нанопристрої без такого комплексу до того часу було немислимо.
1991 р . У США запрацювала перша нанотехнологічна програма Національного наукового фонду. Аналогічною діяльністю почав перейматися й уряд Японії. А от у Європі серйозна підтримка таких досліджень на державному рівні розпочалася тільки з 1997 р .
1997 р . Ерік Дрекслер оголосив, що до 2020 р . стане можливою промислова збірка нанопристроїв з окремих атомів. До цього часу майже всі його прогнози збувалися з випередженням.
1998 р . Сиз Деккер, голландський професор Технічного університету м. Делфтса, створив транзистор на основі нанотрубок, використовуючи їх як молекул. Для цього йому довелося першим у світі виміряти електричну провідність такої молекули.
З'явилися технології створення нанотрубок довжиною 300 нм.
У Японії запущена програма «Astroboy» з розвитку наноелектроніки, здатної працювати в умовах космічного холоду і при спеці в тисячі градусів.
1999 р . Американські вчені - професор фізики Марк Рід (Єльський університет) та професор хімії Джеймс Тур (Райсскій університет) - розробили єдині принципи маніпуляції як однією молекулою, так і їх ланцюжком.
2000 р . Німецький фізик Франц Гіссібл розгледів в кремнії субатомні частинки.
Його колега Роберт Магерле запропонував технологію нанотомографіі - створення тривимірної картини внутрішньої будови речовини з роздільною здатністю 100 нм. Проект фінансувала компанія Volkswagen.
Уряд США відкрило Національну нанотехнологічну ініціативу (NNI). У бюджеті США на цей напрямок виділено 270 млн. дол, комерційні компанії вклали в нього в 10 разів більше.
2001 р . Реальне фінансування NNI перевищило заплановане (422 млн. дол) на 42 млн.
2002 р . Сиз Деккер поєднав вуглецеву трубку з ДНК, отримавши єдиний наномеханізми. Фінансування NNI склало 697 млн. дол (на 97 млн. більше плану).
2003 р . Професор Фенг Лью з університету Юти, використовуючи напрацювання Франца Гіссібла, за допомогою атомного мікроскопа побудував образи орбіт електронів шляхом аналізу їх обурення при русі навколо ядра.
1.4. Сучасний рівень розвитку нанотехнологій
В даний час наноматеріали використовують для виготовлення захисних і светопоглощающих покриттів, спортивного обладнання, транзисторів, светоіспускающіх діодів, паливних елементів, ліків і медичної апаратури, матеріалів для упаковки продуктів харчування, косметики та одягу. Нанопрімесі на основі оксиду церію вже зараз додають у дизельне паливо, що дозволяє на 4-5% підвищити ККД двигуна і знизити ступінь забруднення вихлопних газів [3, С. 51-55].
Загальносвітові витрати на нанотехнологічні проекти перевищують $ 9 млрд. у рік. На частку США припадає приблизно третина всіх світових інвестицій у нанотехнології. Інші головні гравці на цьому полі - Європейський Союз і Японія. Дослідження в цій сфері активно ведуться також у країнах колишнього СРСР, Австралії, Канаді, Китаї, Південній Кореї, Ізраїлі, Сінгапурі, Бразилії і Тайвані. Прогнози показують, що до 2015 року загальна чисельність персоналу різних галузей нанотехнологічної промисловості може дійти до 2 млн. чоловік, а сумарна вартість товарів, вироблених з використанням наноматеріалів, складе, як мінімум, кілька сотень мільярдів доларів і, можливо, наблизиться до $ 1 трлн. У загальній складності американська промисловість та індустрія інших розвинених країн зараз застосовують нанотехнології в процесі виробництва, як мінімум, 80 груп споживчих товарів і понад 600 видів сировинних матеріалів, комплектуючих виробів і промислового устаткування.
1.5. Застосування нанотехнологій у різних галузях
1.5.1. Наноелектроніка і нанофотоніка
Існують такі основні напрямки наноелектроніки:
1. Кремнієва електроніка.
2. Електроніка на механотранзісторах.
3. Електроніка на нанотрубках.
4. Молекулярна електроніка.
5. Одноелектроніка.
6. Спінтроніка.
7. Квантова електроніка.
8. Многозондовие системи.
9. Гнучка електроніка.
Електроніка на механотранзісторах. За своїми розмірами сучасні транзистори можуть бути всього в кілька разів більше молекули. Однак навіть ці компоненти набагато більше, ніж нове покоління наноелементів, в яких замість кремнію будуть використовувати органічні сполуки та вуглецеві нанотрубки. Нанотехнології дозволять не тільки зменшити розміри мікросхем, але і збільшити кількість транзисторів у них, що значно підвищить продуктивність [9, С. 3-13].
Електроніка на нанотрубках. Розміри вуглецевих нанотрубок можна порівняти з розмірами молекул. Середній діаметр одношарової вуглецевої нанотрубки становить близько 1 нанометра. Якщо ж вдасться «змусити» одну нанотрубку зберігати один біт інформації, то пам'ять на їх основі буде зберігати колосальні обсяги інформації, адже сучасні осередку flash-пам'яті, що зберігають один біт інформації, мають розміри від 50 до 90 нанометрів.
Квантова електроніка. Дослідникам з японського Національного Інституту матеріалознавства вдалося перенести стару технологію механоелектріческіх вимикачів на квантовий рівень. Вони створили мініатюрний механічний вимикач, подібний до тих, які до цього дня використовується в багатьох побутових приладах. Принцип роботи вимикача простий - при подачі напруги на пристрій, між двома нанопровідники виникає або розпадається місток з срібла, який виконує роль провідника. Довжина містка, по якому протікає струм - всього 1 нанометр. На відрізку довжиною 1 нанометр можна розташувати 10 атомів водню. Тому повідомлення про створення нового квантового пристрої претендує на сенсацію.
Однією з найперспективніших галузей застосування нанотехнологій є комп'ютерна техніка. Незважаючи на значну мініатюризацію та оптимізацію сучасних пристроїв, наявних на ринку, нанотехнології зможуть зробити в цій сфері справжню революцію. У цьому випадки розміри діючих елементів мікропроцесорів і пристроїв пам'яті наближаються до квантовим меж, тобто кордонів найдрібніших одиниць матерії і енергії - коли працює один електрон, один спін, квант магнітного потоку, енергії і т.д. Це обіцяє швидкодію порядку ТГц (~ 1012 операцій за секунду), щільність запису інформації ~ 103 Тбіт/см2, що набагато порядків вище, ніж досягнуті сьогодні, а енергоспоживання - на кілька порядків нижче. При такій щільності запису в жорсткому диску - розмірами з наручний годинник - можна було б розмістити величезну бібліотеку національного масштабу або фотографії, відбитки пальців, медичні картки та біографії усіх жителів Землі.
Нанофотоніка .. Компанії, що займаються нанофотоніки, розробляють високоінтегрованих компоненти оптичних комунікацій із застосуванням технологій нанооптика і нановиробництва. Такий підхід до виготовлення оптичних компонентів дозволяє прискорити отримання їхніх прототипів, поліпшити технічні характеристики, зменшити розміри і знизити вартість.
1.5.2. Наноенергетіка
Наоенергетіка включає в себе [14]:
1. Енергетичні системи
2. Генерація енергії: сонячні батареї, термоелектричні елементи, мікрорідинної генератори, ядерні установки, термоядерні установки, акумулятори.
3. Паливні елементи: водневі елементи, передача енергії (високотемпературні надпровідники, формування градієнту температур)
Сонячні батареї. Сонячну батарею завтовшки в паперовий лист, яку можна гнути і згортати, створила японська електротехнічна компанія Sharp. Як повідомляє сьогодні токійська преса, батарея у вигляді плівки має товщину від 1 до 3 мікрометрів - тобто, від однієї до трьох тисячних міліметра. Це менше сучасних аналогів приблизно в сто разів. Компанія збирається розпочати промислове виробництво новики вже цього року. Шарами сонячних батарей планується покривати мобільні телефони, автомобілі і навіть спеціальний одяг. Плівка площею у дві візитні картки важить всього один грам і має потужність в 2,6 ват. За словами розробників, цього вже достатньо, щоб забезпечити електроживленням велосипедний ліхтар.
Батарейки та акумулятори. Компанія Toshiba розробила літієво-іонну батарею на основі наноматеріалів, що заряджається приблизно в 60 разів швидше звичайної. За одну хвилину її можна заправити на 80%, а повна місткість акумулятора (у першого зразка вона була дорівнює 600 міліампер-годин) заповнюється за кілька хвилин (див. рис. 2).

Малюнок 2. Нанобатарейка (3,8 х62х35 мм)
Створити нанобатрейку вдалося завдяки новій технології, заснованої на використанні наночастинок, що перебувають у складі матеріалу негативного електрода батареї. При зарядці батареї, наночастинки швидко збирають і зберігають іони літію. На ринку швидкісна батарейка з'явилася в 2006 році.
Паливні елементи. Унікальні властивості вуглецевих нанотрубок (ВНТ) та нановолокон (УНВ) - висока питома поверхня, електропровідність, міцність - дозволяють створювати на їх основі ефективні носії каталізаторів для різних процесів. Останнім часом велику увагу приділяють паливним елементам з твердим полімерним електролітом (ТПЕ). У Росії їх успішні дослідження і розробки ведуться в РНЦ «Курчатовський інститут» та деяких інших організаціях. В якості носіїв каталізаторів зараз, як правило, використовують сажу або технічний вуглець. Недавні експерименти показали, що заміна їх на вуглецеві нанотрубки або нановолокна дозволяє підвищити активність електрокаталізаторів і ефективність роботи паливних елементів з ТПЕ.
1.5.3. Нанотехнології для медицини та біотехнології
1.5.3.1. Наномедицина
Сучасна технологія - нанотехнологія - дозволяє працювати з речовиною в масштабах, ще недавно здавалися фантастичними - мікрометрових, і навіть нанометрових. Саме такі розміри характерні для основних біологічних структур - клітин, їх складових частин (органел) і молекул.
Сучасні програми нанотехнологій у медицині можна розділити на кілька груп [10, С.212-247]:
1. Наноструктуровані матеріали, в т. ч., поверхні з нанорельєфу, мембрани з наноотверстіямі. В даний час досягнуті успіхи у виготовленні наноматеріалу, що імітує природну кісткову тканину.
2. Наночастки (у т. ч., фулерени і Дендримери). Спектр можливих застосувань надзвичайно широкий. Він включає боротьбу з вірусними захворюваннями такими, як грип і ВІЛ, онкологічними та нейродегенеративними захворюваннями, остеопорозом, захворюваннями судин. Наносфери можуть використовуватися і в діагностиці, наприклад, як рентгеноконтрастне речовина, що прикріпляються до поверхні певних клітин і показує їх розташування в організмі.
3. Мікро-і нанокапсули. Мініатюрні (~ 1 мк) капсули з нанопор можуть бути використані для доставки лікарських засобів в потрібне місце організму. Вже випробовуються подібні мікрокапсули для доставки і фізіологічно регульованого виділення інсуліну при діабеті 1-го типу.
4. Нанотехнологічні сенсори та аналізатори. Використання мікро-і нанотехнологій дозволяє багаторазово підвищити можливості з виявлення та аналізу надмалих кількостей різних речовин. Одним з варіантів такого роду пристрою є «лабораторія на чіпі» (lab on a chip). Це пластинка, на поверхні якої впорядковано розміщені рецептори до потрібних речовин, наприклад, антитіла. Такий пристрій, здатне виявляти буквально окремі молекули може бути використано при визначенні послідовності основ ДНК або амінокислот, виявлення збудників інфекційних захворювань, токсичних речовин.
5. Медичні застосування скануючих зондової мікроскопії. Скануючі мікроскопи представляють собою групу унікальних за своїми можливостями приладів. Вони дозволяють досягати збільшення достатнього, щоб розглянути окремі молекули й атоми.
6. Наноінструменти і наноманіпулятора. Наноманіпулятора можна назвати пристрої, призначені для маніпуляцій з нанооб'єктів - наночастинками, молекулами і окремими атомами. Прикладом можуть служити скануючі зондові мікроскопи, які дозволяють переміщати будь-які об'єкти аж до атомів.
7. Мікро-і нанопристрої різного ступеня автономності. В даний час все більшого поширення набувають мініатюрні пристрої, які можуть бути поміщені усередину організму для діагностичних, а можливо, і лікувальних цілей. Сучасне пристрій, призначений для дослідження шлунково-кишкового тракту, має розмір кілька міліметрів, несе на борту мініатюрну відеокамеру і систему освітлення. Отримані кадри передаються назовні.
1.5.3.2. Нанобіотехнології
Особливе місце в нанотехнологіях займає область нанобіотехнологій. Мова йде про створення пристроїв з використанням біологічних макромолекул з метою вивчення або управління біологічними системами [1, С.58-73].
Нанобіотехнологія об'єднує досягнення нанотехнології та молекулярної біології. У ній широко використовується здатність біомолекул до самозбирання в наноструктури. Так, наприклад, ліпіди здатні спонтанно об'єднуватися і формувати рідкі кристали. ДНК використовується не тільки для створення наноструктур, але і в якості важливого компонента наномеханізми. Передбачається, наприклад, що замість того, щоб створювати кремнієву основу мікросхем, нанотехнологи зможуть використовувати двухцепочечную молекулу ДНК, особливості якої дозволяють об'єднувати атоми у передбачуваній послідовності.
На думку ряду вчених, нанобіотехнології істотно спрощують і прискорюють рішення традиційних проблем генетики сільськогосподарських видів. Таких, наприклад, як контроль походження, виявлення носіїв несприятливих мутацій або інфекцій, а також генів, пов'язаних з бажаними господарсько цінними ознаками, включаючи стійкість до несприятливих факторів навколишнього середовища.

1.5.3.3. Нанокосметіка

Використання нанотехнологій в косметиці почалося порівняно недавно [18].
L'Oreal, світовий лідер з виробництва косметики, вкладає мільйони у дослідження нанотехнології. Компанія вірить в те, що майбутнє саме за нанокосметікой - коли-небудь вона допоможе сповільнити старіння шкіри, запобігти появі сивого волосся і навіть облисіння.
Кілька років тому L'Oreal випустила на ринок знаменитий крем Revitalift, що містить наносоми Про-Ретинолу А, і, як запевняють компанії, цей крем вбирається в шкіру куди краще, ніж креми інших марок, за рахунок особливих мікрочастинок (див. рис. 3) . Традиційні креми лише утворювали бар'єр, що захищає шкіру від втрати вологи, тоді як лореалевская новинка за допомогою мікрочастинок діяла на більш глибокі шари шкіри і стимулювала оновлення клітин.

Малюнок 3. Крем компанії L'Oreal [18]
Dior «виступив» на ринок з «ліпосомами», які за своєю функцією схожі на лореалевскіе «наносоми». Estee і Johnson & Johnson також стали виробляти продукцію з використанням нанотехнологій.
Більшість звичайних кремів з числа так званої «поверхову косметики» не досягають глибоких шарів шкіри, залишаючись на поверхні. Такі креми можуть добре захищати шкіру і не більше того. Нанокосметіка діє на рівні атомів, доставляючи зволожуючі компоненти й антиоксиданти в так званих «Наносфери» або «наносоми» - маленьких крапельках, які в мільйони разів менше частки піску. У теорії, ці наносоми проникають дуже глибоко в шкіру, приносячи із собою зволожуючі компоненти і видаляючи мертві клітини глибоко під поверхневим шаром шкіри.
Однак косметологи не зупинилися на наносоми і запропонували споживачам так звані «нанокомплексів», які об'єднують активні речовини, подрібнені до розміру «нано», у системи. Нанокомплексів можуть бути заздалегідь «запрограмовані» під певну проблему і вивільняти активні речовини саме там, де це необхідно.
У бренда лікувальної косметики для волосся Kerastase, що належить компанії L'Oreal, є декілька продуктів для волосся, створених з використанням нанотехнологій.
Нанотехнології використовуються не тільки при виробництві зволожуючих кремів, але і сонцезахисних засобів. Виявляється, сонцезахисний крем може бути практично невідчутним, але, в той же час, спроможним захистити від шкідливого сонячного випромінювання на самому високому рівні.
1.5.4. Нанотехнології для легкої промисловості
Наноматеріали в текстилі. Текстиль на основі наноматеріалів набуває унікальні за своїми показниками водонепроникність, грязеотталківаніе, теплопровідність, здатність проводити електрику та інші властивості [19].
Наноматеріали можуть мати у своєму складі наночастинки, нановолокна і інші добавки. Наприклад, компанія Nano-Tex успішно проводить тканини, поліпшені за допомогою нанотехнологій. Одна з таких тканин забезпечує абсолютну водонепроникність: завдяки зміні молекулярної структури волокон, краплі води повністю скочуються з полотна, яке при цьому «дихає».
А американська компанія NanoSoni c розробила унікальну технологію, що дозволяє створювати матеріали з неможливими в природі властивостями, зокрема, листи полімеру, гнучкі і пружні, як гума, і проводять струм, як метал. Новий продукт назвали Metall Rubber - металізована гума.
З «гарячих новинок» текстильного наноринка слід відзначити утеплювальний матеріал Aspen's Pyrogel AR5401, виготовлений на основі полімерного матеріалу з нанопор. Завдяки їм матеріал поводиться як хороший теплоізолятор. Компанія Aspen Aerogels в березні 2004 р . почала виробництво з нового матеріалу утеплюючих устілок для взуття. Ці устілки замовляли: команда, що виграла в 2004 р . марафон до Північного полюса, одна з канадських лижних команд і елітний спецпідрозділ армії США. Відгуки замовників про продукт були схожими: це універсальне рішення для роботи в екстремальних умовах. Нанопокриття. Нанотехнології також застосовуються для поліпшення властивостей традиційного текстилю і виробів з нього. У цьому випадку на текстиль наносяться покриття, модифікують його в микронном і субмикронной розмірних діапазонах. Енергозберігаюча технологія фотокаталізу очищає поверхню текстилю без застосування хімікатів і енергії, виключно під впливом нанокаталізатор, завданих з використанням традиційного текстильного обладнання, сонячного світла і води. Гонконгські вчені створили покриття на основі наночасток, яке запобігає забрудненню тканини, а також сприяє її знезараження. Деякі нанопокриття доступні і на російському ринку. Це знезаражувальні покриття на основі наночасток срібла та оксиду цинку а також покриття, створюють стійкий шар, який не пропускає ультрафіолет. Електроніка та мікроелектромеханічні системи (МЕМС). Інтеграція в текстиль мікро-і наноелектроніки, а також МЕМС істотно розширює можливості повсякденного одягу, яку можна використати як засіб зв'язку і навіть персонального комп'ютера. А виготовлення текстилю з вбудованими датчиками дозволить проводити моніторинг стану тіла людини. Це, безумовно, відкриє нові можливості в медичній практиці, спорті та життєзабезпеченні в екстремальних умовах (див. рис. 4).

Малюнок 4. «Розумна» одяг з використанням нанотехнологій [19]
Дослідники з університету штату Арізона під керівництвом професора Фредеріка Ценгаусерна намагаються створити біометричну одяг, інтегрувавши в звичайне трико, яким часто користуються спортсмени, гнучкий дисплей, набір сенсорів для детекції шкідливих речовин, мікроскопічний паливний елемент, мікронасоси і т.д. Не дивно, що такий «наворочений» костюм призначається для військового застосування, але може використовуватися і в мирних галузях, наприклад, в медицині, де він сам перевірить стан хворого (наприклад, діабетика) і сам вчасно зробить необхідні ін'єкції.
Біоміметіка в текстилі. У сучасних нанотехнологій широко використовується прийом, званий біоміметікой, суть якого полягає в тому, щоб «підглянути» і повторити успішне вирішення проблеми, яке використовує сама природа. Так, наприклад, була отримана «самоочищається» тканину, секрет якої підказав квітка лотоса. Американські дослідники з університету Клемсона (Clemson University) на основі детальних досліджень структури листя лотоса створили «самоочищаються» покриття, що відштовхує набагато більше води і бруду, ніж звичайні тканини. Принцип дії запозичений у природи. Як було встановлено, листя лотоса володіють властивістю «самостійного очищення», їх поверхню відштовхує велику частину грязі і води. Поверхня листа лотоса влаштована таким чином, що крапля води котиться по ньому, збираючи бруд. А на гладкій поверхні, навпаки, крапля води, сповзаючи, залишає бруд на місці. Дослідники повторили цей механізм, завдавши розроблене покриття на волокна тканини. Покриття стійке і не руйнується при очищенні та механічному впливі. Створена тканина, яка використовує цей принцип, навіть якщо її намагатися сильно забруднити, буде відштовхувати більшість мокрого бруду. А решту можна буде легко змити звичайною водою. Використання різних наночастинок у складі нового покриття, нешкідливого для навколишнього середовища, дозволить тканини придбати ряд корисних властивостей: від поглинання неприємних запахів до знищення мікроорганізмів.
Це лише мала дещиця тих досягнень, які вже вийшли на ринок і можуть бути використані підприємцями. У майбутньому кількість наноновінок зросте багаторазово, і текстильна промисловість без них не обійдеться. Дослідницькі роботи в області нанотехнологій, які ведуться в багатьох країнах світу, спрямовані, в першу чергу, на їх комерціалізацію. Так що варто чекати в найближчому майбутньому появи розумною і комфортного одягу за цілком прийнятними цінами.
Що стосується Росії, то сьогодні більше 90% швейних підприємств країни застосовують розроблені інститутом технології виготовлення одягу. Але не один тільки ЦНІІШП займається впровадженням нанотехнологій у легку промисловість. У Росії існує Центральний науково-дослідний інститут бавовняної промисловості (ЦНІІХБП), інститут пластмас, навчальні та текстильні інститути.
1.5.5. Нанотехнології для забезпечення безпеки
Сучасні досягнення в галузі наноматеріалів і нанотехнологій відкривають нові можливості для підвищення в десятки разів тактико-технічних характеристик систем безпеки і є по своїй суті інноваційними, оскільки спрямовані на створення, головним чином, нової продукції, затребуваної ринком систем безпеки. У найближчі 3-10 років найбільш перспективні такі напрями використання нанотехнологій в системах безпеки [15]:
1. Нові засоби і методи контролю та захисту документів від підробки, наприклад на основі наноматеріалів, мікродруку, тонких електронних схем, папери з додаванням наночастинок, компактних пристроїв зчитування даних.
2. Системи контролю доступу в приміщення на основі Наносенсори, наприклад зчитувачі відбитків пальця, теплового малюнка вен руки або голови, геометричної форми руки в динаміці.
3. Багатофункціональні сенсори «електронний ніс» для виявлення та ідентифікації надмалих кількостей вибухових, наркотичних та небезпечних речовин.
4. Більш компактні, чуйні та інформативні портативні і стаціонарні металошукачі і детектори руху на основі Наносенсори.
5. Розподілені масиви Наносенсори типу «розумний пил» для охорони кордонів і периметрів об'єктів.
6. Магніторезонансні установки для точного аналізу об'ємного змісту закритих ємностей та вантажів в аеропортах, на прохідних, на митниці.
Приклади створення перспективних технічних засобів і систем безпеки на базі нанотехнологій і наноматеріалів, що мають високу ступінь завершеності досліджень:
1. Антитерористичні засоби, в т.ч. гіперспектральних наноаналізатори наднизьких концентрацій вибухових, наркотичних та інших заборонених до розповсюдження речовин.
2. Системи контролю та управління доступу, паспортного та міграційного контролю, в т. ч.:
§ ідентифікаційні документи і системи контролю та управління доступу на базі нанометок і нанопамяті, включаючи системи для ідентифікації осіб на основі отримання, записи на захищений носій (нанопамять) і цифрової обробки тривимірного відеозображення;
§ замкові пристрої для режимних приміщень з унікальними електронними ключами - нанометкамі;
§ електронні закордонні паспорти другого покоління та міграційні посвідчення з нанопамятью 1-10 Гбайт.
В даний час у нашій країні сформовані кооперації співвиконавців, здатні в найкоротший термін реалізувати проекти по створенню перспективних систем безпеки. Справа за інвестуванням інноваційних проектів. І тут роль держави, як ніколи, велика.
1.5.6. Нанотехнології для сільського господарства і харчової промисловості
Напрямки використання нанотехнологій в сільському господарстві пов'язані з відтворенням сільськогосподарських видів, переробкою кінцевої продукції та покращенням її якості. Нанотехнології вже використовують для знезараження повітря і різних матеріалів, в тому числі кормів і кінцевої продукції тваринництва; обробки насіння і врожаю з метою його збереження. Їх застосовують при стимуляції росту рослин; лікуванні тварин; поліпшенні якості кормів [21]. Є досвід впровадження цих технологій для зменшення енергоємності виробництва, оптимізації методів обробки сировини і збільшення виходу кінцевої продукції; розробки нових пакувальних матеріалів, що дозволяють довго зберігати кінцеву продукцію.
Під егідою ФАО створена база даних про 160 проектах використання нанотехнологій в сільському господарстві, які фінансувалися і розроблялися на 2006 р . Більшість з них пов'язана з харчовою промисловістю, з використанням наноматеріалів для пакування їжі або визначення і, в окремих випадках, нейтралізації небезпечних токсинів, алергенів або патогенів. Розвиваються проекти по створенню й поліпшенню харчових добавок, отриманню рослинного масла з нанодобавкамі, які перешкоджають надходженню холестерину в кров ссавців.
Інша група проектів спрямована на розвиток більш ефективних і средосберегающіх агротехнологій. Наприклад, використання наноматеріалів для очищення вод в агроекосистемах. Чи їх застосування для переробки відходів рослинництва на етанол. У тваринництві розробляють методи використання нанодобавок з метою зменшення доз ростових факторів і гормонів, нейтралізації патогенів на ранніх стадіях їх контакту з тваринами.
Таким чином, переваги та можливості використання нанотехнологій і наноматеріалів очевидні. Тому цілком зрозумілий підвищений інтерес до цієї теми в сучасному світі, тому що вона є джерелом нових підходів до підвищення якості життя та вирішенню багатьох соціальних проблем у високоіндустріальних суспільстві.

Глава 2. Використання нанотехнологій в машинобудуванні
2.1. Значення застосування нанотехнологій для машинобудування
Проблему катастроф різних фізичних об'єктів і на землі, і у воді, і в повітрі, і в космосі, в основному, пов'язаних з якістю і надійністю машин, не можна вирішити без обліку еволюційного розвитку структури матеріалу на всіх етапах його життєвого циклу. Розуміння терміна «технологічний моніторинг» у контексті нової метрології об'ємного наноструктурованих дозволить вирішувати завдання із забезпечення якості і підвищеного ресурсу обладнання, усунути необхідність завищеного коефіцієнта запасу міцності, що підвищує конкурентоспроможність [22].
Об'ємне наноструктурованих має вирішальне значення при розробці відрізняються малою вагою літальних апаратів з термічно стійких матеріалів з високою питомою міцністю.
Наприклад:
Реалізація нанотехнологій в авіакосмічній галузі дозволить:
1. Підвищити міцність літальних апаратів. Нині ставиться завдання довести можливість їх здійснювати до 70-90 тисяч польотів, що вимагає підвищення міцності, які забезпечують нові наноматеріали.
2. Домогтися «живучості» і зниження ваги (яке забезпечують в даний час композити). До них повинні приєднатися наноматеріали.
3. Переходячи на нанотехнології, можна досягти зниження тертя.
4. Вирішити завдання боротьби з обмерзанням і прилипанням до зовнішньої сторони конструкції літальних апаратів різної «біологічної живності» за допомогою відшаровуються лусочок.
5. Знизити помітність літальних апаратів.
Космічні апарати майбутнього будуть вже не просто машинами для перевезення живих істот, але живими організмами. Вони зможуть навчатися, діагностувати і ремонтувати себе. Застосування нанотехнології в аерокосмічній техніці здатне також забезпечити: зниження енергоспоживання в 10 ⁴ разів, зниження вібрації і шуму - в 10 ^2, підвищення швидкодії - в 10 ^6, підвищення ККД сонячних батарей - у 10 ^1, підвищення чутливості датчиків - в 10 ^6, підвищення часу автономної роботи - в 10 ⁴ разів, підвищення надійності - в 10 ^2, підвищення стійкості до радіації - в 10 ^1, підвищення стійкості до перевантажень - в 10 ² разів.
Впровадження нанотехнологій в автомобільну промисловість дозволить зробити автомобілі:
1. Доступними (нанотехнологічні методи виробництва дозволяють створювати товари і послуги з низькою собівартістю; в автомобілях майбутнього основної складової ціни буде «бренд»);
2. комфортними (більш досконала робота механічних частин, поліпшена шумо-та вібро-ізоляція на основі наноструктурованих матеріалів, ергономічний салон);
3. ефективними (підвищення середньої швидкості руху автомобілів, підвищення ККД використання енергії, необхідної для перевезення людей і вантажів);
4. інтелектуальними (широке впровадження інформаційних систем в усі вузли та компоненти автомобілів, прийняття автомобілем все більших функцій водія на себе);
5. безпечними для людини та навколишнього середовища (нові, екологічно чисті силові установки, у тому числі на паливних елементах, якісно новий рівень пасивної і активної безпеки для мешканців салону і пішоходів, широке використання в конструкції авто біодеградіруемих матеріалів, а зі створенням дисассемблеров - можливість 100% утилізації застарілих автомобілів).
Крім того, запатентовано нові способи та ресурсозберігаючі нанотехнології, в тому числі, підвищення довговічності на етапі експлуатації, зміцнення твердих сплавів, нержавіючих, конструкційних та інструментальних марок сталі, ковальського зварювання багатошарових композицій і виробництва цельнокованого нержавіючого дамаська, квазіаморфного модифікування карбідами і оксидами кремнію. При цьому ресурс виробів різного призначення, виготовлених за новою методологією для галузей машинобудування підвищується від 200 до 500%.
У цілому ж, розробка і застосування нанотехнологій в галузі машинобудування дозволять досягти таких основних цілей [12]:
1. Зміна структури валового внутрішнього продукту в бік збільшення частки наукомісткої продукції.
2. Підвищення ефективності виробництва.
3. Переорієнтація російського експорту с, в основному, сировинних ресурсів на кінцеву високотехнологічну продукцію і послуги шляхом впровадження наноматеріалів і нанотехнологій в технологічні процеси російських підприємств.
4. Створення нових робочих місць для висококваліфікованого персоналу інноваційних підприємстві, що створюють продукцію з використанням нанотехнологій.
5. Розвиток фундаментальних уявлень про нові явища, структуру і властивості наноматеріалів.
6. Формування наукового співтовариства, підготовка і перепідготовка кадрів, націлених на вирішення наукових, технологічних і виробничих проблем нанотехнологій, створення наноматеріалів і наносістемной техніки, з досягненням на цій основі світового рівня у фундаментальній і прикладній науках.
Ефективне досягнення намічених цілей зажадає системного підходу до вирішення цілого ряду взаємопов'язаних завдань, основними з яких є:
1. Координація робіт у галузі створення і застосування нанотехнологій, наноматеріалів та наносістемной техніки;
2. Створення науково-технічної та організаційно-фінансової бази, що дозволяє зберегти і розвивати наявний в Росії пріоритетний доробок у дослідженнях та застосуванні нанотехнологій; розвиток бюджетних і позабюджетних фондів, які заохочують і розвивають дослідження в галузі наноматеріалів і нанотехнологій і стимулюючих вклади інвесторів;
3. Формування інфраструктури для організації ефективних фундаментальних досліджень, пошуку можливих застосувань їх результатів, розвитку нових нанотехнологій і їх швидкій комерціалізації;
4. Підтримка міжгалузевого співробітництва в галузі створення наноматеріалів і розвитку нанотехнологій;
5. Забезпечення зацікавленості у вирішенні наукових, технологічних і виробничих проблем розвитку нанотехнологій і наноматеріалів шляхом лібералізації податкової політики, оптимізації фінансової політики; створення системи захисту інтелектуальної власності;
6. Розробка та впровадження нових підходів до навчання фахівців у галузі нанотехнологій.
2.2. Технологічні особливості застосування нанотехнологій у машинобудуванні (на прикладі автомобільної промисловості)
Нанотехнології обіцяють цілий ряд вигод від широкомасштабного впровадження в масове виробництво автомобілів. Так буквально кожен вузол або компонент в конструкції автомобіля може бути в значній мірі вдосконалений за допомогою нанотехнологій.
Одним з найбільш перспективних і багатообіцяючих напрямків застосування (у тому числі комерційного) досягнень сучасної нанотехнології є область наноматеріалів та електронних пристроїв [14, 15, 16].
Вже існують легко очищаються і водовідштовхувальні покриття для матеріалів, засновані на використанні діоксиду кремнію.
У формі наночасток ця речовина набуває нових властивостей, зокрема, високу поверхневу енергію, що і дозволяє частинкам SiO ₂ при висиханні колоїдного розчину міцно приєднуватися до різних поверхонь, в першу чергу до родинного їм за складом склу, утворюючи, тим самим, суцільний шар нанорозмірних виступів.
Покриття з наночастинок кремнезему робить оброблену поверхню гідрофобний - на поверхні з плівкою з SiO ₂ крапля води стосується субстрату лише деякими точками, що у багато разів зменшує Ван-дер-ваальсових сили і дозволяє силам поверхневого натягу рідини стиснути краплю в кульку, який легко скочується по нахиленому склу, несучи з собою грязь, що накопичилася.
У силу нанорозмірною товщини, такі покриття абсолютно невидимі, а завдяки біоінертності кремнезему - нешкідливі для людини і навколишнього середовища. Вони стійкі до ультрафіолету і витримують температури до 400 ° C , А дія водовідштовхувального ефекту триває протягом 4 місяців.
Кілька зарубіжних фірм вже випускають подібні покриття в промислових масштабах. На російському ринку їх продукцію представляє ексклюзивний дистриб'ютор - компанія Nanotechnology News Network.
Що стосується в прямому розумінні самоочисних поверхонь, то така технологія заснована на використанні діоксиду титану. Принцип дії матеріалу з таким покриттям полягає в наступному.
При попаданні ультрафіолетового випромінювання на нанопокриття з TiO ₂ відбувається фотокаталітична реакція. У ході цієї реакції випускаються негативно заряджені частки - електрони, а на їх місці залишаються позитивно заряджені дірки. Завдяки появі комбінації плюсів і мінусів на поверхні, покритої каталізатором, що містяться в повітрі молекули води перетворюються в сильні окислювачі - радикали гідроокису (HO), які в свою чергу окислюють і розщеплюють бруд, а також нейтралізують різні запахи і вбивають мікроорганізми.
Крім покриттів для стекол також розроблені і випускаються склади з аналогічною дією для тканин, металу, пластику, кераміки - і всі вони мають потенціал для застосування в автомобільній промисловості.
З серійних моделей автомобілів гідрофобна покриття наноситься на бічні стекла Nissan Terrano II. Воно не створює повноцінний водовідштовхувальний ефект, але зменшує пляма контакту поверхні з краплями води, завдяки чому під час дощу скло залишається цілком прозорим (див. рис. 5).

Малюнок 5. Водовідштовхувальний ефект гідрофобного покриття [16]
За деякими повідомленнями, концерн BMW працює над створенням самоочисних покриттів на основі нанопорошків.
Компанія Mercedes-Benz з кінця 2003 року випускає моделі А, С, E, S, CL, SL, SLK покритих новим поколінням прозорих лаків, виготовлених з використанням нанотехнології. До складу верхнього шару такого лакофарбового покриття вводять наноскопіческіе керамічні частинки. За твердженням творців, новий лакофарбове покриття захищає кузов від подряпин в три рази ефективніше, ніж звичайний лак.
За результатами випробувань виявилося, що покриті лаком нового типу машини зберігають блиск на 40% сильніше, ніж пофарбовані звичайною фарбою.
Нове лакове покриття не тільки захищає кузов від механічних пошкоджень, але ще й повністю відповідає вимогам Mercedes щодо стійкості до дії хімічних елементів, що знаходяться в повітрі.
В даний час з використанням нанотехнологічних підходів вже виробляються високоефективні антифрикційні та протизносні покриття для автотранспорту. Так російський концерн «наноіндустрії» налагодив серійне виробництво ремонтно-відновного складу «Нанотехнологія». Склад призначений для обробки механічних деталей, що зазнають тертя - рухали, трансмісія.
При застосуванні склад дозволяє створювати модифікований високовуглецевий залізосилікатних захисний шар (МВЗС) товщиною 0,1 - 1,5 мм в областях інтенсивного тертя металевих поверхонь, що дає можливість виборчої компенсації зносу місць тертя й контакту деталей за рахунок утворення в цих місцях нового модифікованого поверхневого шару. Використання РВС дозволяє збільшувати ресурс роботи вузлів і деталей у 2-3 рази за рахунок заміни планових ремонтів попереджувальної обробкою, знижує вібрації і шум, на 70-80% знижує токсичність вихлопу автомобіля без застосування будь-яких інших заходів.
В аерокосмічній промисловості вже широко застосовується сімейство наноструктурованих аерогелей. Так кремнієвий аерогель - найкращий у світі твердий теплоізолятор, коли-небудь виявлений або отриманий. Для промисловості він представляє інтерес, оскільки володіє високою термічною ізоляцією - до 800 ° С (2,5-сантиметровий лист із силіконового аерогелю надійно захищає руку людини від вогню паяльної лампи) та акустичної ізоляцією - швидкість звуку при проходженні через аерогель становить лише 100 м / сек. Розвиток нанотехнології дозволить знизити собівартість виробництва аерогелей і зробить цей вид матеріалів доступним для застосування в різних галузях промисловості, у тому числі автомобільної дороги.
Великі перспективи є у поліпшенні електронних компонентів автомобіля за допомогою нанотехнологій. Так Мікроелектромеханічні системи (MEMS) вже розширюють стандартну технологію мікроелектроніки, дозволяє об'єднувати в одній мікросхемі елементи, що забезпечують як механічне переміщення фізичних частин, так і електронів в електричній схемі.
Це дозволяє замість роздільного виробництва мікроактуаторов і сенсорів, робити їх у вигляді інтегрованого в мікросхему єдиного вироби. При цьому для їх виробництва використовується вже апробована традиційна технологія виробництва інтегральних мікросхем і напівпровідників.
Ідею рухомого кремнію (ще так називають MEMS) чудово ілюструють MEMS-акселерометри, які вже широко використовуються в якості сенсорів автомобільних подушок безпеки.
Обертові акселерометри також використовуються для розширення можливостей антиблокувальних систем автомобіля (ABS). Крім того, в автомобілях MEMS знаходять застосування в датчиках поздовжніх і поперечних прискорень, датчиках крену і т.д. Визначаючи положення кузова, вони служать джерелом інформації для роботи різних електронних систем стабілізації та контролю курсової стійкості. Також MEMS представляють інтерес для створення датчиків тиску, температури. У дорогих автомобілях кількість датчиків і сенсорів на основі MEMS-технології може становити до декількох десятків штук. Окрім вимірювання прискорень і детектування переміщень, MEMS використовується в системах GPS-навігації.

Історія розвитку MEMS налічує більше сорока років, але широке практичне розповсюдження ці системи отримали тільки з середини 90-их років минулого століття. В даний час вже йде мова про розвиток NEMS - NanoElectroMechanical Systems. У результаті еволюції MEMS відбувається зменшення до нано розмірів механічних компонентів систем, знижується їхня маса, при цьому збільшується їх резонансна частота і зменшується константи взаємодії, що позначається на значному підвищенні функціональності даного роду пристроїв. Точність вимірювання переміщення у кращих зразків таких пристроїв становить 10 нанометрів.
Розвиток нанотехнологій обіцяє масове поширення нових конструкційних матеріалів з часом унікальними властивостями і характеристиками. Найбільший інтерес для інженерів і дослідників представляють вуглецеві матеріали, з яких в даний час найбільш вивченими, а також найбільш перспективними для цілей практичного застосування є вуглецеві нанотрубки (УНТ). Вони володіють самим широким набором унікальних властивостей, що роблять їх надзвичайно перспективними для використання, в тому числі в автомобілебудуванні.
Балістичний характер електропровідності УНТ (електрони рухаються, як би ковзаючи по поверхні, не зустрічаючи перешкод) дозволить створювати високоефективні електропроводні вузли різних машин і механізмів, в тому числі автомобілів.
Вуглецеві нанотрубки вже знаходять застосування в конструкції сучасних автомобілів. Наприклад, інженери компанії Toyota додає композиційний матеріал на основі УНТ в пластикові бампери і дверні панелі своїх автомобілів. Крім підвищення міцності і зниження маси, пластик зі смолою з УНТ стає електропровідним, і його можна покривати тими ж фарбами з електричним нанесенням, що і металеві деталі.
Електронні системи все більш тісно інтегруються в конструкцію автомобіля. Існує тенденція подальшого розширення використання електроніки в автомобілях з одночасним удосконаленням самої напівпровідникової техніки і появі наноелектроніки та молекулярної електроніки.
Нанотранзистори, в тому числі з нанотрубками в конструкції будуть мати поруч поліпшених характеристик і безперечних переваг у порівнянні з традиційними кремнієвими:
· Підвищений швидкодію;
· Термо - і радіаційна стійкість;
· Мініатюрність;
· Низьке енергоспоживання і як наслідок - незначне тепловиділення при роботі.
Великий інтерес представляють нанотехнології для створення перспективних автомобілів на паливних елементах.
За допомогою нанотрубок передбачається вирішити проблему надійного та безпечного зберігання водню на борту транспортного засобу, так як поряд з металами і рідинами вуглецеві нанотрубки можуть заповнюватися газоподібними речовинами і зв'язувати велику його кількість.
Китайські й американські вчені спільно розробили нанолампочку, в якій ниткою розжарювання служить не вольфрамова зволікання, а вуглецеві нанотрубки. Лампочка з УНТ економічніша - при рівному напрузі вона випускає більше світла.
Зараз конструктори «гібридних» автомобілів вже стикаються з потребою в компактних, легких і високоємкий акумуляторних батареях. Варто нагадати, що стали традиційними кислотні акумулятори не годяться, в силу великої маси, громіздкість, екологічної «небездоганності». З зростанням парку гібридів, а також з масовою появою водневих автомобілів на ПЕ потреба в автономних джерелах зберігання електричної енергії зросте ще більше. Нанотехнології пропонують низку рішень даної проблеми.
У силу того, що більшість автомобілів майбутнього буде працювати на електричній тязі, набагато більший інтерес стане представляти використання фотоелементів в конструкції автомобіля. У цьому відношенні нанотехнологія дозволяє створювати довговічні, ультратонкі й гнучкі перетворювачі сонячного світла. Крім того, використання нанотехнологічних принципів дозволить отримувати сонячні панелі з ККД до 80-90%.
Крім конструкції автомобіля, змінитися структура самої автомобільної промисловості.
Так з появою автоматизованої молекулярної нанотехнології отримає новий розвиток вже намітилася тенденція - поділ функцій розробки / проектування автомобілів та їх виробництва з остаточним закріпленням пріоритету за першою з перерахованих двох функцій. Власне в майбутньому автомобільні концерни будуть розробляти конструкції тих чи інших моделей автомобілів для подальшого продажу права на їх виробництво методами поатомной збірки стороннім організаціям.
Тим самим не автомобіль буде товаром, а інформація про особливості його конструкції, що буде повністю відповідати моделі нової економічної формації, де єдиним предметом обміну стане інформація.
2.3. Проблеми і перспективи розвитку нанотехнологій в машинобудуванні
2.3.1. Перспективи розвитку нанотехнологій у машинобудуванні
Стратегічними національними пріоритетами Російської Федерації, викладеними в затверджених 30 березня 2002 р . Президентом Російської Федерації «Основах політики Російської Федерації в галузі розвитку науки і технологій на період до 2010 року і подальшу перспективу», є: підвищення якості життя населення, досягнення економічного зростання, розвиток фундаментальної науки, освіти та культури, забезпечення оборони і безпеки країни [12 ].
Одним з реальних напрямів досягнення цих цілей може стати прискорений розвиток нанотехнологій на основі накопиченого науково-технічного доробку у цій галузі та впровадження їх в технологічний комплекс Росії.
Розвиток напрямків науки, техніки і технологій, пов'язаних зі створенням, дослідженнями та використанням об'єктів з нанорозмірними елементами, вже в найближчі роки призведе до кардинальних змін у багатьох сферах людської діяльності - в тому числі і в машинобудуванні.
Новітні нанотехнологій поряд з комп'ютерно-інформаційними технологіями та біотехнологіями є фундаментом науково-технічної революції в XXI столітті, яке можна порівняти і навіть перевершує за своїми масштабами з перетвореннями в техніці та суспільстві, викликаними найбільшими науковими відкриттями XX століття.
У розвинених країнах усвідомлення ключової ролі, яку вже в недалекому майбутньому будуть грати результати робіт з нанотехнологій, призвело до розробки широкомасштабних програм щодо їх розвитку на основі державної підтримки.
Так, в 2000 р . в США ухвалено пріоритетну довготермінову комплексна програма, названа Національної нанотехнологічної ініціативою і розглянута як ефективний інструмент, здатний забезпечити лідерство США у першій половині поточного століття. До теперішнього часу бюджетне фінансування цієї програми збільшилося в порівнянні з 2000 р . в 2,5 рази і досягла в 2003 р . 710,9 млн дол, а на чотири роки, починаючи з 2005 р ., Планується виділити ще 3,7 млрд дол Аналогічні програми прийняті Європейським союзом, Японією, Китаєм, Бразилією та низкою інших країн.
У Росії роботи по розробці нанотехнологій розпочаті ще 50 років тому, але слабо фінансуються і ведуться тільки в рамках галузевих програм. До теперішнього часу назріла необхідність формування програми загальнофедерального масштабу з урахуванням визнання важливої ​​ролі нанотехнологій на найвищому державному рівні.
Нанотехнології можуть стати потужним інструментом інтеграції технологічного комплексу Росії в міжнародний ринок високих технологій, надійного забезпечення конкурентоспроможності вітчизняної продукції.
Розробка та успішне освоєння нових технологічних можливостей зажадає координації діяльності на державному рівні всіх учасників нанотехнологічних проектів, їх всебічного забезпечення (правового, ресурсного, фінансово-економічного, кадрового), активної державної підтримки вітчизняної продукції на внутрішньому і зовнішньому ринках.
Формування і реалізація активної державної політики в галузі нанотехнологій дозволить з високою ефективністю використовувати інтелектуальний та науково-технічний потенціал країни в інтересах розвитку науки, виробництва, охорони здоров'я, екології, освіти і забезпечення національної безпеки Росії.
Використання можливостей нанотехнологій може вже в недалекій перспективі принести значний економічний ефект у машинобудуванні:
1. Збільшення ресурсу ріжучих і обробних інструментів за допомогою спеціальних покриттів і емульсій.
2. Широке впровадження нанотехнологічних розробок у модернізацію парку високоточних і прецизійних верстатів.
3. Створені з використанням нанотехнологій методи вимірювань і позиціонування забезпечать адаптивне управління ріжучим інструментом на основі оптичних вимірювань оброблюваної поверхні деталі й обробної поверхні інструменту безпосередньо в ході технологічного процесу. Наприклад, ці рішення дозволять знизити погрішність обробки з 40 мкм до сотень нанометрів при вартості та кого вітчизняного верстата близько 12 тис. дол І витратах на модернізацію не більше 3 тис. дол Рівні за точності серійні зарубіжні верстати коштують не менше 300-500 тис . дол При цьому в модернізації потребують не менше 1 млн активно використовуються металорізальних верстатів з приблизно 2,5 млн верстатів, що знаходяться на балансі російських підприємств.
4. У двигунобудуванні та автомобільної промисловості - за рахунок застосування наноматеріалів, більш точної обробки та відновлення поверхонь можна домогтися значного (до 1,5-4 разів) збільшення ресурсу роботи автотранспорту, а також зниження втричі експлуатаційних витрат (у тому числі витрати палива), поліпшення сукупності технічних показників (зниження шуму, шкідливих викидів), що дозволяє успішніше конкурувати як на внутрішньому, так і на зовнішньому ринках.
5. В електронному та електротехнічному машинобудуванні - розширення можливостей радіолокаційних систем за рахунок застосування фазованих антенних решіток з малошумящими НВЧ-транзисторами на основі наноструктур і волоконно-оптичних ліній зв'язку з підвищеною пропускною здатністю з використанням фотоприймачів і інжекційних лазерів на структурах з квантовими точками; вдосконалення тепловізійних оглядово- прицільних систем на основі використання матричних фотоприймальних пристроїв, виготовлених на базі нанотехнологій і відзначаються високим температурним дозволом; створення потужних економічних інжекційних лазерів на основі наноструктур для накачування твердотільних лазерів, що використовуються в фемтосекундний системах.
6. В енергетичному машинобудуванні - наноматеріали використовуються для вдосконалення технології створення паливних і конструкційних елементів, підвищення ефективності існуючого обладнання та розвитку альтернативної енергетики (адсорбція і зберігання водню на основі вуглецевих наноструктур, збільшення в кілька разів ефективності сонячних батарей на основі процесів накопичення та енергопереноса в неорганічних і органічних матеріалах з нанослоевой і кластерно-фрактальної структурою, розробка електродів з розвиненою поверхнею для водневої енергетики на основі трекових мембран). Крім того, наноматеріали застосовуються в тепловиділяючих і нейтронопоглинаючих елементах ядерних реакторів; за допомогою нанодатчіков забезпечується охорона навколишнього середовища при зберіганні і переробці відпрацьованого ядерного палива та моніторингу всіх технологічних процедур для управління якістю зборки й експлуатації ядерних систем; нанофільтри використовуються для поділу середовищ у виробництві та переробці ядерного палива.
2.3.2. Ключові проблеми розвитку нанотехнологій в Росії
Аналіз світового досвіду формування національних і регіональних програм за новими науково-технічних напрямків свідчить про необхідність виявлення деяких ключових проблем в області розробки наноматеріалів і нанотехнологій.
Перша проблема - формування кола найбільш перспективних їх споживачів, які можуть забезпечити максимальну ефективність застосування сучасних досягнень. Необхідно виявити, а потім і сформувати потреби суспільства в розвитку нанотехнологій і наноматеріалів, здатних істотно вплинути на економіку, техніку, виробництво, охорону здоров'я, екологію, освіту, оборону та безпеку держави.
Друга проблема - підвищення ефективності застосування наноматеріалів і нанотехнологій. На початковому етапі вартість наноматеріалів буде вище, ніж звичайних матеріалів, але більш висока ефективність їх використання буде давати прибуток. Тому необхідно середньострокове і довгострокове фінансування НДДКР за наноматеріалам і нанотехнологій з вибором способів реалізації програми, включаючи масштаби і джерела фінансування. Держава зацікавлена ​​в якнайшвидшому розвитку перспективного напрямку, тому вона повинна взяти на себе основні витрати на проведення фундаментальних і прикладних досліджень, формування інновацій.
Третя проблема - власне розробка нових промислових технологій одержання наноматеріалів, які дозволять Росії зберегти деякі пріоритети в науці та виробництві.
Четверта проблема - забезпечення переходу від мікротехнологій до нанотехнологій і доведення розробок нанотехнологій до промислового виробництва, особливо в галузі електроніки та інформатики.
П'ята проблема - широкомасштабний розвиток фундаментальних досліджень у всіх галузях науки і техніки, пов'язаних з розвитком нанотехнологій.
Шоста проблема - створення дослідної інфраструктури, включаючи:
організацію центрів колективного користування унікальним технологічним та діагностичним обладнанням;
сучасне приладове оснащення наукових і виробничих організацій інструментами та приладами для проведення робіт в галузі нанотехнологій;
забезпечення доступу науково-технічного персоналу до синхротронним і нейтронних джерел (як російським, так і зарубіжним), до надпродуктивних обчислювальним комплексам;
розробку спеціальної метрології і державних стандартів у галузі нанотехнологій;
розвиток фізичних та апаратурно-методичних основ адекватної діагностики наноматеріалів на базі електронної мікроскопії високої роздільної здатності, скануючої електронної та тунельної мікроскопії, поверхнево-чутливих рентгенівських методик з використанням синхротронного випромінювання, електронної мікроскопії для хімічного аналізу, електронної спектроскопії, фотоелектронної спектроскопії.
Сьома проблема - створення фінансово-економічного механізму формування оборотних коштів у інститутів та підприємств-розробників наноматеріалів і нанотехнологій, а також розвиток інфраструктури, що забезпечує підтримку інноваційної діяльності у цій сфері на всіх її стадіях - від виконання науково-технічних розробок до реалізації високотехнологічної продукції.
Восьма проблема - залучення, підготовка та закріплення кваліфікованих наукових, інженерних та робітничих кадрів для оновленого технологічного комплексу Російської Федерації.
Для вироблення і практичної реалізації необхідних і достатніх заходів у галузі створення і розвитку нанотехнологій має бути сформована державна політика, яка, у свою чергу, повинна розглядатися як частина державної науково-технічної політики, що визначає цілі, завдання, напрями, механізми і форми діяльності органів державної влади Російської Федерації з підтримки науково-технічних розробок і використання їх результатів.
До таких заходів перш за все необхідно віднести:
розробку та реалізацію матеріально-технічного забезпечення діяльності в галузі нанотехнологій з максимальним урахуванням можливостей кооперації у використанні унікального наддорогі наукового та експериментально-дослідницького обладнання;
підготовку, підвищення кваліфікації, залучення та закріплення кадрів (перш за все молодих фахівців) у галузі нанотехнологій для їх використання у науковій та промисловій сферах;
вивчення ринку наукомісткої продукції в частині нанотехнологій з використанням методів прогнозування та техніко-економічної оцінки;
аналіз сучасного стану науково-дослідних робіт фундаментального та прикладного профілю відповідно до загальних вітчизняними та світовими тенденціями у розвитку даного напрямку, а також результативності закінчених дослідженні та їх подальшої перспективності;
визначення пріоритетних орієнтованих напрямків в галузі нанотехнологій, результати яких можуть бути використані в найближчим часом, середньостроковій і далекій перспективі, а також у фундаментальних і пошукових досліджень;
розробку і використання системи координації та кооперації проведених досліджень у галузі нанотехнологій;
створення і використання експертних систем і баз даних як інформаційного поновлюваного ресурсу в області останніх досягнень, пов'язаних з розробкою і застосуванням нанотехнологій в країні і за кордоном;
відпрацювання систем взаємодії держави з підприємницьким сектором економіки з метою формування ринку нанотехнологій, залучення позабюджетних коштів для проведення досліджень і організації відповідних виробництв, розробку заходів щодо активізації участі бюджетних і позабюджетних фондів і приватних інвесторів на всіх стадіях розробки і освоєння нанотехнологій;
розробку системи заходів з організації ефективного взаємовигідного міжнародного співробітництва у сфері досліджень і практичного використання нанотехнологій.
Роботи в галузі розвитку нанотехнологій можуть бути організовані за такою схемою:
на першому етапі (починаючи з 2005 р .) Включити до складу федеральної цільової науково-технічної програми «Дослідження і розробки за пріоритетними напрямами розвитку науки і техніки» на 2002-2006 роки спеціальний розділ з розвитку робіт, пов'язаних зі створенням та використанням нанотехнологій, сконцентрувавши в ньому інтелектуальні, фінансові і матеріально- технічні ресурси в даній області;
на другому етапі, враховуючи масштабність завдань з розвитку фундаментальних досліджень, прикладних технологічних робіт і створення інноваційної інфрастрактури, розробити самостійну програму федерального рівня (на 2006-2010 рр..), що враховує програми, реалізовані федеральними органами виконавчої влади, суб'єктами РФ та окремими організаціями різних форм власності з умовною назвою «Нанотехнологій».
Програма повинна включати фундаментальні дослідження, прикладні дослідження та розробки, впровадження та організацію виробництва, а також питання, пов'язані з підготовкою та залученням висококваліфікованих кадрів. Підготовка та узгодження елементів даної програми могла б бути почата вже в 2004 р . з терміном подання остаточного варіанту в 2005 р .
Пропонований порядок організації та виконання робіт обумовлений тим, що на сьогоднішній день розвиток нанотехнологій як науково-технічного напрямку багато в чому ще знаходиться на стадії пошуку і навіть усвідомлення можливих шляхів його реалізації як у суто науковому плані, так і в досягненні потенційно значимих практичних результатів і тому вимагає активної участі держави з використанням всіх можливих форм і методів державного управління та підтримки.
Підсумком реалізації національної програми має стати переозброєння провідних галузей промисловості на основі широкого впровадження нанотехнологій.
Для розробки та практичної реалізації перелічених та інших заходів, забезпечення координації органів державної влади у вирішенні проблем, пов'язаних з розвитком вітчизняної науки та економіки, необхідне створення Міжвідомчої Ради з нанотехнологій. До складу Ради та її секцій повинні входити вчені та фахівці Російської академії наук, вищої школи та промисловості, федеральних органів виконавчої влади, суб'єктів Російської Федерації та представників ділових кіл.

Висновок
Ключові технології і матеріали завжди відігравали велику роль в історії цивілізації, виконуючи не тільки вузько виробничі функції, але й соціальні. Досить згадати, як сильно відрізнялися кам'яний та бронзовий століття, століття пари і століття електрики, атомної енергії та комп'ютерів. На думку багатьох експертів, XXI ст. буде століттям нанонауки і нанотехнологій, які і визначать його обличчя. Вплив нанотехнологій на життя обіцяє мати загальний характер, змінити економіку і торкнутися всі сторони побуту, роботи, соціальних відносин. За допомогою нанотехнологій ми зможемо економити час, отримувати більше благ за меншу ціну, постійно підвищувати рівень і якість життя.
Головна надія нанотехнологій пов'язана з тим, що вдасться рухатися не «зверху вниз», а «знизу вгору», тобто вирощувати наноструктури, наноматеріали, нанооб'єктів. Нанотехнології вимагають великих обсягів матеріалів і збирати їх атом за атомом неможливо. Тому є два основних ключа до нанотехнологій:
1. Потрібно організувати процеси так, щоб наноструктури збиралися самі, утворюючи те, чого б нам хотілося. Іншими словами, це процеси самоорганізації, самоформування і самозбірки.
2. Вирішення багатьох проблем нанотехнологій вимагає спільної діяльності фізиків, хіміків, математиків, біологів - спільної мови, понять і моделей - міждисциплінарного підходу. Крім того, саме широкий міждисциплінарний погляд дає розуміння того, чого в принципі можливо досягти, чого хотілося б досягти і - головне - чого хотілося б уникнути. Тут першорядне значення набуває проектування майбутнього, в якому технологічні, економічні, політичні, військові та соціальні проблеми виявляються значно більше взаємопов'язані, ніж нині. Це обумовлено зовсім новими технологічними можливостями.
Справді, щоб нанотехнології не залишилися науковою фантастикою, вони повинні знайти своє місце в економіці, включитися в існуючі економічні цикли або створити нові. Це вимагає активного моніторингу та супроводу на всіх етапах від лабораторії до ринку. Це якісно новий рівень управління, що дозволяє вирішувати організаційно-економічні проблеми небаченого рівня складності.
У розвинених країнах усвідомлення ключової ролі, яку вже в недалекому майбутньому будуть грати результати робіт з нанотехнологій, призвело до розробки широкомасштабних програм щодо їх розвитку та державної підтримки.
З числа технологічно просунутих країн Росія - єдина - до теперішнього часу не має програми розвитку нанотехнологій федерального масштабу. Дослідження в цьому напрямку проводяться в рамках академічних інститутів, частково вузів, входять окремими розділами в галузеві програми, але, як правило, не завершуються практичним впровадженням результатів. Більш того, навіть здійснити закордонне патентування вітчизняних винаходів, як правило, не вдається, тому що держава в цьому не зацікавлене і ніякої фінансової підтримки авторам винаходів не надає. Розчинення проблематики нанотехнологій в окремих розділах федеральних і галузевих програм не дозволяє навіть оцінити, скільки коштів виділяється державою на їх розвиток. За існуючими оптимістичними оцінками - кілька десятків мільйонів доларів США. При цьому сотні висококласних російських фахівців, які могли б скласти цвіт вітчизняної нанотехнології, змушені працювати за кордоном. Відсутність Федеральної програми, чіткої цільової установки на промислове впровадження розробок, неготовність галузей до сприйняття досягнень нанотехнології, убогість фінансування - все це є наслідком відсутності державної політики в цьому стратегічно важливому напрямку.
Список використаних джерел:
Літературні джерела
1. Глінки Б., Пастернак Дж. Молекулярна біотехнологія. Принципи та застосування: Пер. з англ. М.: Світ, 2002. С. 58-73.
2. Головін Ю.І. Введення в нанотехніки. М., 2006. С.32-45
3. Гусєв А.І. Наноматеріали, наноструктури, нанотехнології. М., 2005.С. 51-55, 78-91.
4. Кобаясі М. Введення в нанотехнологію. М., 2005. С. 10-17
5. Нанотехнології. Ч. Пул, Ф. Оуенс. Пер. з англ. - Москва: Техносфера, 2005. С.7-20.
6. Нанотехнології в найближчому десятилітті. Прогноз напрями розвитку / / За ред. М. К. Роко, Р. С. Вільямса і П. Алівісатоса: Пер. з англ. М.: Світ, 2002. С. 54-63.
7. Структура і властивості нанокристалічних матеріалів. Під ред. Г.Г. Талуда і М.М. Носкової. Єкатеринбург: Изд-воУрО РАН, 1999. - С.123-140.
8. Суздалев І.П. Нанотехнологія: фізико-хімія нанокластерів, наноструктур і наноматеріалів. М., 2006.
Періодична преса:
9. Алфьоров Ж.І., Асєєв А.Л., Гапонов С.В., Копйов П.С, Панов В.І., Полторацький Е.А., Сібельдін М.М., Суріс Р.А. Наноматеріали та нанотехнології / / мікросистемна техніка. 2003. № 8. С. 3-13.
10. Артюхов І.В., Кеменов В.М., Нестеров С.Б.. Біомедичні технології. Огляд стану та напрямки роботи. Матеріали 9-ї науково-технічної конференції «Вакуумна наука і техніка»-М.: МІЕМ, 2002, с. 244-247
11. Нестеров C.Б.. Нанотехнологія. Сучасний стан та перспективи. «Нові інформаційні технології». Тези доповідей XII Міжнародної студентської школи-семінару-М.: МГІЕМ, 2004, 421 с., С.21-22.
12. Основи політики Російської Федерації в галузі науки і технологій на період до 2010 року і подальшу перспективу / / Пошук. 2002. № 16 (19 квітня).
Матеріали з сайтів мережі Інтернет
13. http:// www.nanonewsnet.ru
14. http:// www.nanotube.ru
15. http:// www.nanorf.ru
16. http:// www.nanoware.ru
17. http:// www.pronano.ru
18. http://www.passion.ru
19. http://www.ifmachines.com
20. http://www.rosbaltvolga.ru
21. http:// www.chemworld.narod.ru
22. http://www.navy.ru