Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2007 № 04

Еще полвека назад нобелевский лауреат Ричард Фейнман заявил: когда-нибудь человек сможет конструировать материальный мир, манипулируя атомами и молекулами, как болтами и гайками. Спустя четверть столетия один из идеологов и пропагандистов нанотехнологий, американец Эрик Дрекслер, писал: «Разве не удивительно, что мы бросаем в землю удобрения, а получаем сладкую клубнику? Это делает природа с помощью химических реакций. Нанотехнологии позволят получать ягоду куда проще — меняя порядок атомов. И не только ягоды, но весь окружающий нас мир можно будет, как в детском конструкторе, собирать из деталей — атомов и молекул».

«Это будущее уже вышло из сферы фантастики, оно обретает конкретные черты в реальных программах, в которые ведущие страны уже вкладывают миллиарды долларов», — говорит ныне академик РАН Михаил Алфимов.

Каких именно? Чтобы получить хотя бы первое представление о том, что делается в нашей стране в области нанотехнологий, наш специальный корреспондент Виктор ЧЕТВЕРГОВ отправился на III Специализированную выставку нанотехнологий и материалов NTMEX-2006. И вот что там, в частности, увидел.

…Для начала мне показали некое кино. Если хотите, мультфильм из жизни атомов, которые собираются в огромную причудливую молекулу.

— Это всего лишь один из сюжетов, наглядно показывающих, как самоорганизуются наночастицы, — пояснила мне представительница Центра фотохимии Российской академии наук Светлана Солина. — Можем продемонстрировать вам еще несколько…

Сами по себе эти «мультики» — результат огромного кропотливого труда целой армии специалистов. Ведь прежде чем создать какое-то виртуальное изображение, необходимо понять, из каких именно элементов состоит данное вещество, как его атомы располагаются в молекуле, образуя причудливую пространственную структуру.

Для этого используются последние достижения рентгено-структурного анализа, электронной микроскопии и иные методы исследования молекулярных структур.

И это лишь первый шаг. Разобравшись с данной структурой, нужно было затем понять, как природа ее создавала, какие атомы были соединены сначала, какие потом и почему именно в таком порядке. Далее необходимо ответить на следующий вопрос: а нельзя ли усовершенствовать технологию «самосборки» данной структуры? И если это возможно, то как сделать наилучшим образом, к каким последствиям это приведет?..

И так шаг за шагом, пока не будет полностью решена поставленная перед исследователями задача. Причем, что особенно ценно, располагая набором прикладных программ, ученые могут перед тем, как приступать к экспериментам, провести их компьютерное моделирование, до тонкостей отработать параметры и технологию будущего процесса. Такая технология позволяет сэкономить массу времени и средств, избежать многих ошибок.

Синтез сложнейших наноструктур можно сначала наглядно представить себе на экране компьютера.

На выставке специалисты-нанотехнологи со всей страны нашли общие темы для разговора.

Так выглядит установка экспресс-контроля качества поверхности на наноуровне.

— Вот эта пластинка представляет собой линзу Френеля, — Сергей Александрович Бородин, технолог ОКБ Института систем обработки изображений РАН при Самарском государственном аэрокосмическом университете имении С.П. Королева, показал мне лабораторное стеклышко, в центре которого виднелась какая-то концентрическая структура. — Благодаря этой линзе луч лазера приобретает поистине чудодейственные свойства.

Может, например, одновременно произвести сварку сразу в нескольких точках микросхемы. Или практически мгновенно осуществить микрогравировку сложнейшего изображения. Однако все это возможно при условии, что линза изготовлена достаточно качественно. Иначе большая часть энергии лазера рассеется в самой пластинке.

Чтобы такого конфуза не случилось, линзы изготовляют с особым тщанием; контроль качества ведется на каждом этапе технологического цикла.

— Прежде всего, нужно проверить качество полировки исходной пластинки, — продолжал рассказ С.А.Бородин. — Причем делать это приходится на наноуровне.

Я ожидал услышать о контроле с помощью сверхмощного оптического, а то и электронного микроскопа, но наши изобретатели нашли способ более простой и надежный.

У меня на глазах на исходную заготовку из специальной пипетки нанесли каплю прозрачной жидкости. (Как я потом узнал, ею оказалась обычная вода, только сверхчистая, особым образом дистиллированная.)

На дисплее видно, как растекается капля.

Капля, попав на стекло, начала расплываться. Процесс этот во всех подробностях был зафиксирован скоростной видеокамерой, а потом продемонстрирован на экране ноутбука с соответствующим замедлением. И стало отчетливо видно, что на одной пластинке капля расплывается почти идеальной окружностью, а вот на другой — образует лужицу с неровными краями.

«Брак!» — подтвердил мое предположение технолог.

— Бетон, как известно, обычно подразделяют на три больших класса — тяжелый, обычный и легкий, — начал свои пояснения Петр Великорусов, научный сотрудник Междисциплинарного центра нанотехнологий и наноструктурированных материалов из Санкт-Петербурга. — А недавно появилась еще и четвертая разновидность — нанобетон.

Как выяснилось далее, нанодобавки в легкий или ячеистый бетон нужны вот для чего. Обычная бетонная смесь состоит из наполнителя, связующего вещества и некоторых других добавок, используемых, например, для разрыхления структуры. Так вот, если в нее добавить углеродные микроволокна, свойства бетона меняются. Эти волокна, словно арматура, дают возможность бетону хорошо работать как на сжатие, так и на растяжение.

Компьютер показывает, как улучшают структуру материала нанодобавки.

Реставрация Исаакиевского собора, проведенная с использованием нанотехнологий к 300-летию Санкт-Петербурга, дает гарантию, что собор простоит еще лет триста…

Кроме того, добавками можно уменьшить удельную массу материала, не ухудшая его прочности, придать ему еще ряд полезных качеств. Скажем, плитки для облицовки зданий, созданные по нанотехнологии, неожиданно для самих изобретателей проявили еще и вот какие интересные свойства. Оказалось, что, кроме всего прочего, такое покрытие обладает антибактерицидными качествами.

— В тонкостях этого процесса мы еще не разобрались, — сказал П.Великорусов. — Пока можно лишь сказать, что структура покрытия работает как своеобразный катализатор, с помощью солнечного света активизирующий кислород воздуха. Он-то и производит обеззараживание.

САМОСТОЯТЕЛЬНЫЕ ОРБИТАЛЬНЫЕ МОДУЛИ намерен вскоре запустить на орбиту Роскосмос. В зависимости от поставленной задачи, такие модули могут действовать как в составе МКС, причаливая к ней на определенное время, так и самостоятельно двигаясь в автономном полете. Два первых таких аппарата, предназначенных для микрогравитационных и биотехнологических исследований, будут запущены в космос ориентировочно в 2012 и 2015 году. Разрабатывать их будет Самарский ракетно-космический центр «ЦСКБ-Прогресс».

После выполнения автономного задания модули состыкуются с МКС, чтобы экипаж смог забрать материалы экспериментов и отправить их на Землю с помощью малогабаритных спускаемых капсул. После этого на борт автономного модуля будет загружено все необходимое для нового эксперимента, и он снова уйдет в автономный полет, чтобы на ход опытов не влияла масса самой станции и ее вибрация. Предполагаемый срок работы таких аппаратов — 5 лет.

ПАРКОВКА НА «КОЛЕСЕ ОБОЗРЕНИЯ». В московских дворах уже в ближайшее время появятся автоматические многоэтажные парковки, работающие по принципу «колеса обозрения». В устройствах, которые рассчитаны на 10–12 автомашин, автомобили попарно расположены друг над другом. При этом на земле такая система занимает столько же места, сколько два рядом стоящих автомобиля. Эти парковки не только позволят компактно размещать автомобили, но и обеспечат их сохранность от дождя и снега — металлические блоки будут закрыты крышами из пластика и выглядеть вполне современно.