Сергеев А.Г. - Введение в нанометрологию, страница 4

В наноиндустрии как ни в какой другой сфере деятельности человека справедлив тезис: «Если вы не можете это измерить, то вы не можетеэто сделать». Наноспециалисты вынуждены следовать девизу: «прогресс вобласти нанотехнологий невозможен без прогресса в нанометрологии».Поэтому нанометрология должна быть обязательной составляющей всехразновидностей нанотехнологии.15Об этом же свидетельствует и большое число провайдеров, участвующих в решении метрологических проблем нанотехнологий: метрологические (калибровочные) лаборатории; провайдеры коммерческих метрологических служб; поставщики компонентов; лаборатории, работающиепо контрактам; фирмы менеджмента и консалтинга; правительственные лаборатории и организации; независимые лаборатории испытаний и сертификации; промышленные лаборатории; партнерство с промышленнымиконсорциумами; приборостроители и поставщики средств измерений; поставщики материалов; национальные метрологические институты; инвесторы из малого бизнеса; разработчики программного обеспечения; разработчики стандартов; испытательные лаборатории; университеты.Это же обстоятельство обусловлено и разнообразием величин, измеряемых в нанотехнологиях: биологические; химические; физические; физиологические; акустические; электронные/электрические; магнитные; оптические; фотонические; радиочастотные; термические и термохимические; термические и термодинамические; термические и термофизические;характеристики вычислительных средств; характеристики программногообеспечения; системные характеристики; кинетические; механические;молекулярные; пространственные.По прогнозам экспертов оптимистичная динамика (рис.

1.2) позволяет достичь к 2015 году продукции нанотехнологий в объеме около 3,5триллионов долларов США.Это будет соответствовать тому, что примерно 17 % товаров к 2014 –2015 годам будут произведены с помощью нанотехнологий.1.2. Нанометрология за рубежомВ нынешних условиях прогресс в области нанометрологии напрямуюзависит от степени участия в разработке проблем наноиндустрии самогогосударства.Первой страной, оценившей фантастические возможности нанотехнологий, стали США. Еще в период 1996 – 1998 годов США поставилицель – стать мировым лидером практически во всех видах наноиндустрии.В феврале 2000 года была принята обширная долгосрочная научнотехническая программа под названием «Национальная нанотехнологическая инициатива» (ННИ), рассчитанная на 20 лет.

Президент США, представляя эту программу, особо выделил три важных направления:16• создание новых высокопрочных и в то же время сверхлегких материалов, в том числе на основе углеродных нанотрубок;• разработка и создание сверхмощных информационных системсверхмалых размеров на основе квантово-размерных эффектов;• ранняя диагностика раковых заболеваний на основе био- и медицинских микророботов, сравнимых по размерам с биологической клеткой, которых можно вводить в организм человека для диагностики и уничтожениявирусов или клеток пораженных тканей.В ННИ включено большое число долгосрочных и среднесрочных научно-исследовательских программ и проектов. Подписанный президентомСША Бушем в 2003 году Акт об исследованиях и развитии нанотехнологий в XXI веке предполагает фронтальное решение проблемы нанотехнологий как в фундаментальном, так и в прикладном направлениях свыделением свыше тысячи направлений поиска.Рис.

1.2. Прогноз объёмов мирового рынка нанотехнологийЕжегодное бюджетное финансирование этой программы достигло впоследние годы более одного млрд. долларов. Такая же сумма инвестируется частным бизнесом. Созданная в США инфраструктура по нанотехнологиям включает ведущие университеты, национальные лаборатории, производственные и венчурные компании.

Число продуктов, произведенных вСША с помощью нанотехнологий, уже достигает 5 тысяч.Экспертные оценки показывают, что на метрологическое обеспечение развития микроэлектроники в направлении наноэлектроники в США17ежегодно тратится более 4 млрд. долларов. Метрология в области нанотехнологий теснейшим образом связана со стандартизацией.

Технические комитеты по стандартизации (ТК) в странах с активно развивающимися нанотехнологиями стали создаваться в 2004 – 2005 годах. Так, в США в настоящее время стандартизацией в области нанотехнологий занимаются триорганизации: ASTM, ANSI и IEEE. В США в разработке находится не менее 30 стандартов в области нанотехнологий.В области нанотехнологий и нанометрологии сегодня наиболее известны работы Национального института стандартов и технологий (NIST,США).В 2001 году и в Японии была принята государственная программа«Нанотехнология и будущее общество» под девизом «создание обществагармонии с природой». Программой предусмотрено и развитие нанометрологии.Решение задач нанометрологии осуществляется на основе международного сотрудничества.

В первую очередь, здесь надо отметить созданиев ноябре 2005 года Технического комитета Международной организациипо стандартизации (International organization for standardization – ISO)ISO/TC 229 «Нанотехнологии» (ТК ИСО 229). Организатор заседания –Британская организация по стандартизации. Британское руководство подчеркивает важность измерений в понимании воздействия наночастиц. Измерения позволяют осуществлять:• идентификацию источников эмиссии наночастиц;• оценку эффективности любой применяемой меры контроля;• выявлять любые отказы или ухудшения мер контроля, результатомкоторых может стать серьезная угроза здоровью.Первоочередные задачи ISO/TC 229, сформулированные странамиучастницами заседания, состоят в стандартизации по следующим направлениям: термины и определения, метрология и методы испытаний и измерений, стандартные образцы состава и свойств, моделирование процессов,медицина и безопасность, воздействие на окружающую среду.

Решениеэтих задач, по мнению специалистов, даст мощный импульс развитию нанотехнологий и их практическому применению в различных отраслях экономики.В рамках Технического комитета ISO/TC 229, секретариат котороговедет Британский институт стандартов, деятельность подкомитета по мет18рологии, методам измерений и испытаний координирует Япония, подкомитета по терминам и определениям – Канада, подкомитета по здоровью,безопасности и окружающей среде – Соединенные Штаты Америки.Наряду с американскими институтами и Британским институтомстандартов (BSI) наиболее активными участниками разработки нанометрологических проблем выступают: Национальная физическая лабораторияВеликобритании (NPL), Национальный метрологический институт Франции (LNE), Физико-технический институт Германии (РТВ).В Международной электротехнической комиссии (МЭК) технический комитет ТК 113 «Стандартизация нанотехнологии для электротехнических и электронных изделий и систем» ведет Немецкий институт стандартов.ИСО ТК 229 состоит из консультативной группы и трех рабочихгрупп (РГ): «Терминология и номенклатура», «Измерения и характеристики» и «Медицинские, экологические аспекты и безопасность нанотехнологии».

В состав активных членов входят 29 стран, включая Российскую Федерацию, 10 стран являются наблюдателями на заседаниях ТК.Анализ принятых и разрабатываемых стандартов показывает, что восновном они формируются в три группы:- стандарты на измерения и испытания (включая терминологию);- стандарты на качество и безопасность (включая здоровье);- стандарты на совместимость и взаимодействие.Особое внимание уделяется оценке токсичности наночастиц, разработке методов оценки токсичности и создания «каталога» наночастиц срейтингом токсичности. Вводится понятие зараженности окружающейсреды наночастицами – «дозы», аналогично «дозе радиоактивности».В странах Европейского Сообщества следует выделить и НАНОФОРУМ, который объединяет специалистов разных дисциплин, а также национальные и региональные системы распространения информации о современном состоянии и тенденциях развития нанотехнологии преимущественно в европейских странах.

Он служит центром сбора и последующегораспространения информации о программах исследований, технологических достижениях и успехах, возможностях спонсирования разработок и оперспективах развития нанотехнологии.В Консорциум НАНОФОРУМ входят:The Institute of Nanotechnology (Великобритания)VDI Technologiezentrum (Германия)19CEA-Leti (Франция)Malsch Techno Valuation (Нидерланды)METU (Турция)Monte Carlo Group (Болгария)Institute of High Pressure Physics, Polish Academy of Sciences “Unipress” (Польша)Europen Nanotecgnology Trade Alliance (Великобритания)Spinverse (Финляндия)EFG (Австрия)Nano Ned (Нидерланды).В Европе серьезно относятся и к обучению специалистов принципамнанометрологии. Так, например, обращает на себя внимание курс подготовки нанометрологов под названием EUSPEN, который содержит преимущественно относящиеся к физике и электронной промышленности методики определения характеристик и параметров наноструктур.Подсчитано, что в Европе, начиная с 1990 года, лишь 7 % публикаций в сфере нанотехнологий относятся непосредственно к нанометрологии, причем появились они только в течение последних 10 лет.Число патентов в области «чистой» нанометрологии пока не превысило двадцати.В специальном «Бюллетене синтезируемых материалов» отраженыте метрологические направления и отрасли науки и техники, которые впервую очередь нуждаются в стандартизации методик и средств измерений:• направления и приборы для научных исследований: растровые зондовые микроскопы (включая растровую оптическую ближнепольную микроскопию); растровые электронные микроскопы; просвечивающие электронные микроскопы; рентгеновская интерферометрия; рентгеновская фотолюминесцентная спектроскопия; вакуумно-ультрафиолетовая и экстенсивно-ультрафиолетовая литография; лазерная интерференционная микроскопия; фокусировка ионных пучков; измерения перемещений; измеренияструктуры (текстуры) поверхности;• методики подтверждения правильности результатов измерений, втом числе разработка и контроль методик калибровки программного обеспечения в интересах нанометрологии;20• стандартизованные методики измерений, реализованные стандартные образцы, эталоны и прочие прецизионные средства измерений, внесенные в стандарты и им подобные нормативные документы;• стандартизованные методики оценки достоверности результатов измерений физико-химических свойств нанообъектов.В [5] приведены организации Европы, занимающиеся нанометрологией.