Метрология в нанотехнологиях (Раздаточные материалы от преподавателя), страница 2

Например, бездефектные углеродные трубки на два порядка прочнее стали и примерно в четыре раза легче ее. Сегодня возможно мгновенное измерение уровня холестерина, а значит определение риска сердечных приступов по капле слюны человека. Наномедицина лечит не болезнь, а больного, ибо лекарства доставляются именно в те клетки, которые необходимо вылечить. Идут успешные эксперименты по прямому превращению энергии радиоактивных частиц в электричество. Нанопокрытие на основе силиката кремния затцищает полимеры не только от биологических и химических агентов, но даже от удара пули.

Нанотехнологии позволили создать одежду, которая самостоятельно очищается от загрязнений, одежду, которая может производить электроэнергию. Одни только покрытия из нанокерамики применяются в 150 областях. Зто и валы пропеллеров, и выдвижные корпуса телескопов н т. л.

Более того, наноиндустрия может дать мощный импульс развитию не только ведущим государствам, но и странам третьего мира, чья экономзтка может перейти с сырьевого пути развития на интенсивный инновационный. Начинающаяся нанореволюция неизбежно приведет к изменению технологического (через создание новой технологической культуры) и социально-экономического (в связи с появлением рынка принципиально новой продукции, объединением возможностей современных технологий и живой природы) укладов общества. Новые продукты, производство которых не требует огромных цехов, гигантских затрат энергии, не дает отходов,— ват качественно новый фундамент для развития новой экономики двадцать первого века.

А это в свою очередь приведет к общему подъему образования и профессионального уровня ученых и спе- циалистов, создаст качественно новый технологический уровень других отраслей промышленности. Развитие нанотехнологий ставит особые задачи перед стандартизацией и метрологией. На то есть многие причины. Во-первых, как и любая сфера деятельности, нанотехнологии нуждаются в установлении четкого порядка. А именно стандартизация является общепризнанным инструментом упорядочения любой деятельности.

Роль стандартизации заключается в создании строго регламентируемой системы понятий, характеристик, методов и средств, оценки, контроля и испытаний, охватывающих весь жизненный цикл, — от стадии научного поиска до применения и утилизации. Во-вторых, одной из особенностей сферы нанотехнологий является действие в ней физических законов, отличных от законов макромира. Это неизбежно сказывается на применяемых здесь методах и средствах исследований н измерений. Требуются совершенно новые приборы, а порой и сами принципы измерений. Необходима унификация и четкая классификация метрологического оборудования, в частности сканирующих микроскопов.

Не исключено также появление новых единиц физических величин для целей измерений в нанодиапазоне. В-третьих, в настоящее время наблюдается активное развитие нанотехнологий, переход от лабораторных исследований к массовому выпуску различной нанопродукции, промышленному использованию достижений наноиндустрии. Совершенно очевидно, что серийное производство наноизделий немыслимо без стандартов и средств измерений. И в-четвертых, вне поля зрения ученых и специалистов остаются вопросы безопасности внедрения нанотехнологий, производства и применения нанопродукции. В настоящее время методы определения риска, токсичности нанопродуктов, воздействия наначастиц на человека малоэффективны или вообще отсутствуют.

Поэтому для адекватной оценки наноматериалов необходима разработка соответствующих стандартов и организация системы оценки и подтверждения соответствия нанопродукции установленным нормативным требованиям. Для создания рынка наукоемкой продукции в России, с одной стороны, надо защитить его стандартами, а с другой, гармонизируя нормы этих стандартов с международными требованиями,— сделать привлекательным для наших потенциальных торговых партнеров.

Другими словами, стандартизация и метрология должны помочь нашим ученым в создании конкурентоспособной нанопродукции. В данной книге автором даны определения основных понятий в области нанотехнологий, описан инструментарий и приведен ряд документов из этой области.

Также изложено видение основных проблем стандартизации и метрологии применительно к наносфере, проанализирована сложившаяся ситуация и предложены возможные способы решения этих проблем. Глава 1 НАНОТЕХНОЛОГИИ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 1.1. Термины и определения в области нанотехнологнй Границы наномира еще не определены достаточно четко, поскольку он находится еще в периоде становления. Терминология в нанообласти не установилась окончательно.

Не определено, что считать предметом ее ведения — то ли размер частиц, то ли сущность самой технологии. Более того, ввиду бурного развития в настоящее время этой отрасли не исключена возможность того, что сегодняшние определения могут завтра оказаться неполными и даже устаревшими. Тем не менее автор считает, что можно привести ряд определений, которые в достаточной степени отражают современную трактовку и суть основных понятий в области пан отехнологий. Одним из основных и обобщающих понятий в данной сфере является понятие шаноиндустрия».

Под этим термином понимается интегрированный комплекс производственных, научных, образовательных и финансовых организаций различных форм собственности, осуществляющих целенаправленную деятельность по созданию интеллектуальной и промышленной конкурентоспособной продукции, относящейся к сфере нанотехнологий ~1021. По существу наноиндустрия представляет собой наукоемкую и универсальную отрасль, связанную с манипуляциями атомами и молекулами и обеспечивающую создание продукции на основе нанотехнологий, наноматериалов и наносистемной техники ~4). Ге«удар«с»сивые нресраммы Финансы Рис.

1. Стпрунтура наноиндуснсрии 12 Наноиндустрия включает в себя нанонауку, нанотехнологии, сырье, материалы, технологическое оборудование, нанопродукцию, а также кадровое обеспечение специалистами соответствующего профиля (рис. 1). Наиояаукрл 1. Фундаментальные исследования в области физики, химии, биологии и других областях знаний, позволяющие изучать объекты с размером частиц в нанометр и проводимые для получения совокупности знаний о структуре и особенностях поведения вещества в нанометровом масштабе [!06!. 2.

Система знаний, основанная на описании, объяснении и предсказании свойств материальных объектов с нанометрическими характеристическими размерами или систем более высокого метрического уровня, упорядоченных или самоупорядоченных на основе наноразмерных элементов [93[. Определений понятия «нанотехнология» насчитывают десятками. Различные определения, как правило, не противоречат, а скорее, дополняют друг друга. В то же время каждое из них, взятое в отдельности, невозможно признать достаточным. В этой связи автор считает целесообразным привести несколько определений понятия «нанотехнология», чтобы наиболее четко и с различных точек зрения осветить его содержание.

Нанотехяологшг. 1. Совокупность методов и приемов, применяемых при изучении, проектировании, производстве и использовании структур, устройств и систем, включающих целенаправленный контроль и модификацию формы, размера, интеграции и взаимодействия составляющих их наномасштабных элементов для получения объектов с новыми химическими, физическими, биологическими свойствами [ ! 02[.

2. Междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза„а также методов производства и применения продуктов с заданной атомарной структурой путем контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами [106!. 3.

Исследования и технологические разработки на атомарном, молекулярном или макромолекулярном уровне в шкале размеров приблизительно от 1 до 100 нм, проводимые для приобретения фундаментальных знаний о природе явлений и свойствах материалов в наношкале и для создания и использования структур, приборов и систем, которые обладают новыми качествами благодаря своим маленьким размерам. Нанотехнологические исследования и разработки включают контролируемые манипуляции наноразмерными структурами и их интеграцию в более крупные компоненты, системы и архитектуры [33[.