WEB-ресурс научно-практических конференций

Д.т.н. Маньковский В.А., к.т.н. Притыка И.А., Белякова Е.Н., Бублик О.В., Бурцев В.К., Маньковский С.В., Федотов В.Ю.

Научный центр Украинского морского института, Севастополь

НАНОТЕХНОЛОГИИ КАК ИННОВАЦИОННО-ИНВЕСТИЦИОННЫЕ ПРИОРИТЕТЫ К-ЭКОНОМИКИ

«Нанотехнологии – это ворота,

открывающиеся в иной мир»

Рита Колвелл, директор Национального фонда науки США

Введение. Сегодня ещё есть шанс сохранить шаткий баланс человека и природы. 18-22.09.06 в Белгородском универсиете РФ прошла (посвящённая 130-летию этого вуза) II Всероссийская научная конференция с участием пяти стран с оригинальным названием «Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья» [1]. В ходе этой конференции был сделан удивительный вывод: современн ый шанс спасения человечества – в применении наносорбентов как одного из проявлений нанотехнологий.

Справка 1: нанотехнологии - область прикладной науки и техники, занимающаяся изучением свойств объектов и разработкой устройств размеров порядка нанометра (одной миллиардной доли метра) [2]. Нанотехнологии качественно отличаются от традиционных инженерных дисциплин, ибо на таких масштабах привычные, макроскопические технологии обращения с материей зачастую не имеют смысла, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: проявляются свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул и квантовые эффекты. Нанотехнологии ныне находятся в начальной стадии развития. За применение передовых научных исследований, нанотехнологию относят к высоким технологиям (НТ).
При работе с такими малыми размерами проявляются квантовые эффекты и эффекты межмолекулярных взаимодействий, в частности, Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия. Нанотехнология и, в особенности, молекулярная технология - новые мало исследованные области. Развитие современной электроники идёт по пути уменьшения размеров устройств. Однако классические методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройства уменьшается н е- значительно, зато экономические затраты возрастают экспоненциально.
Историческая справка 2. Первое упоминание о методах, которые впоследствии назовут нанотехнологией , сделал Ричард Фейнман в 1959 году в своей знаменитой речи "Там внизу полно места" ("There's Plenty of Room at the Bottom") [2]. Он предположил, что возможно перемещать атомы отдельно, механически, при помощи манипулятора соответствующих размеров. Этот манипулятор необходимо делать следующим способом. Надо построить механизм, как бы создававший 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 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-Ваальсовы силы будут всё больше влиять на работу механизма. Последний этап - полученный механизм соберёт свою копию из отдельных атомов. Принципиально число таких копий неограниченно, за короткое время можно будет создать любое число таких машин. Эти машины смогут таким же способом, «поатомной» сборкой собирать макровещи. Это позволит сделать вещи на порядок дешевле - таким роботам ( нанороботам) нужно будет дать только необходимое количество молекул и энергию, написав программу для сборки необходимых предметов. Однако до сих пор никто не смог опровергнуть эту возможность, но и никому пока не удалось создать такие механизмы.

Терминология. Впервые термин "нанотехнология" употребил Норио Танигути в 1974 году [2]. Он назвал этим термином производство изделий размеров порядка нанометров. В 1986-ом году в США вышла в свет книга Эрика Дрекслера "Машины создания: грядёт эра нанотехнологии" ("Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology"). Этим термином он назвал новую область науки, которую сам Дрекслер исследовал в своей докторской диссертации в Массачусетском Технологическом Институте. Результаты своих исследований он впоследствии опубликовал в книге "Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing and Computation". Главную роль в его работах играли математические расчёты, поскольку с их помощью до сих пор можно проанализировать предположительные свойства и разработать устройства размеров порядка нанометров. В настоящее время в основном рассматриваются и возможность механического манипулирования молекулами, и создание самовоспроизводящихся манипуляторов для этих целей. Это позволит многократно удешевить любые существующие продукты и создать принципиально новые, решая при этом все существующие экологические проблемы. Такие манипуляторы имеют огромный медицинский потенциал: они способны ремонтировать повреждённые клетки человека, что приводит фактически к реальному техническому бессмертию человека. Однако возможен нежелательный сценарий, когда определённая группа людей получает полное управление над таким манипулятором и использует его, чтобы полностью утвердить свою власть над другими людьми. Если этот сценарий осуществится, получится идеальная монополия, которую, по-видимому, невозможно будет уничтожить.

Инвестиции в нанотехнологии. В России с 1994 года развивается проект "Искусственный интеллект и нанотехнология в контексте Русской Идеи". В проекте рассматриваются проблемы технологического прорыва России, национальной безопасности и воспитания нового поколения инженеров. Уже в 2004 году мировые инвестиции в сферу разработки нанотехнологий почти удвоились по сравнению с 2003 годом и достигли $10 млрд. На долю частных доноров - корпораций и фондов - пришлось примерно $6.6 млрд. инвестиций, на долю государственных структур - около $3.3 млрд. Мировыми лидерами по общему объему капиталовложений в сфере применения нанотехнологий стали Япония ($4 млрд.) и США (($3.4 млрд.). Более того, к этому добавим, что два года тому назад Президент США Джордж Буш подписал специальную директиву, которая предписывает правительству разработать доктрину кибернетической войны синостранными компьютерными сетями.
Справка 3: сорбенты. В процессе своей деятельности – адсорбции и абсорбции – он и способны поглощать тяжёлые металлы, ядовитые соединения: радионуклиды, нитраты. Свойства природных и синтетических сорбентов позволяют применять их для очистки атмосферы от газопылевых выбросов, водоёмы – от сбросовых вод промышленности. Но ценность сорбентов не только в способности защищать окружающую среду. Они могут поглощать и токсины, выделяемые бактериями, микроскопическими грибами и вирусами. Деятельность сорбентов в живом организме – это не только связывание и выведение из него определённых ионов или молекул, но и способность оказывать биологически активное действие благодаря влиянию на обмен веществ. Поэтому достаточно широко сорбенты используются в медицине, ветеринарии, водоочистке, пищевой и фармацевтической промышленности и т.п.

Наносорбенты. Инновационные проекты севастопольских авторов в честь 225-летия города собраны воедино в публикации [3]. В дополнение к ним предлагается кавитационная установка-деструктор для получения наносорбентов , что открывает широкие практические перспективы.

В НАУЧНОМ ЦЕНТРЕ УКРАИНСКОГО МОРСКОГО ИНСТИТУТА (УМИ) РАЗРАБОТАНА И СОЗДАНА УНИКАЛЬНАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА – «ДЕСТРУКТОР» (ИЛИ «ДЕЗИНТЕГРАТОР») ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КАВИТАЦИОННОГО ДРОБЛЕНИЯ ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ВПЛОТЬ ДО АТОМНЫХ РАЗМЕРОВ – ДО НАНОМЕТРОВ (1…50 НМ).

ИСХОДНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ В ПЕРВОЙ СЕРИИ ОПЫТОВ БЫЛИ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ БРОСОВЫЕ «КАЛЬЦИТЫ» - ОТХОДЫ ИЗВЕСТНЯКОВЫХ КАРЬЕРОВ СЕВАСТОПОЛЯ, СВЯЗАННЫХ С ДОБЫЧЕЙ СТРОИТЕЛЬНОГО КАМНЯ (ИНКЕРМАН) И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ФЛЮСОВ (БАЛАКЛАВА). ВО ВТОРОЙ СЕРИИ ИСХОДНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ СЛУЖИЛИ ДЕШЁВЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ КАЛЬЦИТЫ: СТВОРКИ МИДИЙ И РЫБНАЯ МУКА.

ПОЛУЧЕННЫЕ «НАНОСОРБЕНТЫ» (ИХ ЗАПАТЕНТОВАННОЕ НАЗВАНИЕ «УМИ») ОБЛАДАЮТ ЦЕЛЫМ СПЕКТРОМ УДИВИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ, УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНО ОБЪЯСНЯЕМЫХ В ТЕРМИНАХ КВАНТОВОЙ И ВОЛНОВОЙ МЕХАНИКИ. ЭТИ НАНОСОРБЕНТЫ ПОЗВОЛЯЮТ РЕАЛИЗОВЫВАТЬ АКТУАЛЬНЫЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИ ВЫГОДНЫЕ ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ С БЫСТРОЙ (ДО ОДНОГО ГОДА!) ПРАКТИЧЕСКОЙ ОТДАЧЕЙ.

Справка 4: кавитация. Ультразвук вызывает кавитацию - появление и распад пузырей на поверхности воды. В лопающемся пузыре находится газ чрезвычайно высокой температуры и под высоким давлением. Именно эти температура и давление (такие, как на Солнце) могут и разрушают (дезинтегрируют) любые органические и неорганические соединения. Более того, в таких экстремальных условиях пузыри испускают свет. Этот процесс известен как сонолюминисценция , или испускание света пузырями в жидкости под действием звука. Именно этот феномен использовался при измерении результативности разных ультразвуковых частот для деструкции частиц.

ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ:

1. НТ «ПОЖАРОУСТОЙЧИВОСТЬ»: НАНОСОРБЕНТ, ДОБАВ-ЛЕННЫЙ В ЛАКИ И КРАСКИ, ДЕЛАЕТ ИХ ПРИ ВОЗГОРАНИИ САМОЗАТУХАЮЩИМИ (НТ №1 находится в стадии апро-бации).

2. НТ «СТРОИТЕЛЬНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ»: ПРОЧНОСТЬ ЦЕМЕНТА И ГАЗОБЕТОНА, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ИЗ ЭТИХ ДЕШЁВЫХ НАНОСОРБЕНТОВ, В 3-4 РАЗА ВЫШЕ ИЗВЕСТНЫХ АНАЛОГОВ, А ВЕС, НАОБОРОТ, В 2-2,5 РАЗА МЕНЬШЕ (получены и испытаны образцы «геоцементного камня»).

3. НТ «ПРОТИЕВАЯ ВОДА»: ВОДОПРОВОДНАЯ ВОДА, ОБРАБОТАННАЯ ПРЕДЛОЖЕННЫМИ НТ, СТРУКТУ-РИРУЕТСЯ , ОСВОБОЖДАЕТСЯ ОТ ДЕЙТЕРИЯ, СТАНОВЯСЬ ПОЛЕЗНЕЙ ТАЛОЙ И АРТЕЗИАНСКОЙ (проведены лабо-раторные испытания с дополнительным использованием аэроионной кавитационной структуризации воды).

4. НТ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ: НАНОСОРБЕНТ СОВМЕСТНО СО СТРУКТУРИРОВАННОЙ ВОДОЙ ЭФФЕКТИВНО НЕЙТРАЛИЗУЕТ «ГРЯЗНЫЕ» ЖИДКОСТИ (ЯДЫ, НЕФТЯНЫЕ ПЯТНА, КАНАЛИЗАЦИОННЫЕ СТОКИ И Т.П.) (проведены успешные испытания).

5. НТ «ЛЕЧЕБНАЯ ПИЩА»: РЫБИЙ ЖИР, ОБРАБОТАННЫЙ НАНОСОРБЕНТОМ, ОЧИЩАЕТСЯ ОТ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ И ТЕРЯЕТ СВОЙ СПЕЦИФИЧЕСКИЙ ЗАПАХ (совместно с ГП «Севастопольстандартметрология» проводятся совместные испытания различных морепродуктов и пищевых сорбентов).

6. НТ «АНТИЧЕРНОБЫЛЬ»: ВВЕДЕННАЯ В ЖИДКИЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ (ЖРО) СТРУКТУРИРОВАННАЯ ВОДА, ПОЛУЧЕННАЯ С ПОМОЩЬЮ НАНОСОРБЕНТА «УМИ», ПОНИЖАЕТ ИХ РАДИОАКТИВНОСТЬ ВПЛОТЬ ДО ФОНОВОЙ (НТ №6 опробована на ЖРО, содержащих тритий (Институт биологии южных морей НАНУ) и на штатных ЖРО с альфа ,- бета - и гамма-частицами (лаборатория ИР-100 Севасто-польского НУЯЭиП).

7. - 14. НТ УРОВНЯ «НОУ-ХАУ»:

· МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ УТИЛИЗАЦИЯ БОЕПРИ-ПАСОВ (проведены испытания);

· ОПРЕСНЕНИЕ МОРСКОЙ ВОДЫ (теоретическая модель);

· ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРОДА ИЗ ЧЕРНОМОРСКОГО СЕРОВОДОРОДА (теоретическая модель);

· НОВОЕ ДЕШЁВОЕ ВОДОРОДНОЕ ТОПЛИВО «ГОРЯЩАЯ ВОДА» (проведены испытания; найдено подтверждение в Интернете);

· НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ АЭС С ПОМОЩЬЮ ЗАМЕНЫ ВОДЫ ВТОРОГО КОНТУРА СТРУКТУРИРОВАННОЙ ВОДОЙ (см. НТ №3 и №4);

· ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЕ СВЕРХУРОЖАИ: ВЕРМИКУЛЬТУРА + ПОЛИВ РАСТЕНИЙ СТРУКТУРИ-РОВАННОЙ ВОДОЙ (проводятся испытания);

· УМЕНЬШЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРО-ТИВЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ (теоретическая модель);

· УСПЕШНЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ (онкология, сахарный диабет и др.).

Координатор проектов: доктор технических наук, профессор Маньковский Вячеслав Андреевич; e - mail : mankovskiy @ umi . com . ua

Список литературы

1. Информационный ресурс Интернета: bsu.edu.ru/Events/2006/ 2006-0918Sorbent.

2. Хартманн У. Очарование нанотехнологии / У. Хартманн: пер. с нем .- М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008.-173 с .

3. Федотов Ю.Д. О некоторых инновационных проектах севастопольских учёных / Ю.Д. Федотов, С.В.Изотов, В.А.Мань-ковский В.А. В кн. « Научная конференция «Ломоносовские чтения» 2008 года». Севастополь-Москва: Изд-во «Экоси», 2008.- С. 274-277.