Нанотехнологии  сегодня: теория или практика?

 


Академик Юрий Дмитриевич Третьяков – декан факультета наук о материалах МГУ им. М.В. Ломоносова, заведующий кафедрой неорганической химии химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, заведующий лабораторией химической синергетики Института общей и неорганической химии РАН.

Юрий Дмитриевич Третьяков – выдающийся ученый в области неорганической химии и химии функциональных материалов, таких как магнитодиэлектрики, ионные и электронно-ионные проводники, материалы с гигантским магнитным сопротивлением, высокотемпературные сверхпроводники и самоорганизующиеся структуры.

Научные интересы Юрия Дмитриевича – химическая термодинамика, процессы самоорганизации в сильно неравновесных системах, наносистемы, нанотехнологии.
Юрий Дмитриевич разработал оригинальные процессы криохимической технологии, которые позволяют получать нанодисперсные материалы с высокой активностью; им выполнены фундаментальные работы по термодинамике и кинетике твердофазных реакций и превращений, в том числе при ультразвуковых и микроволновых воздействиях, изучена природа эффекта топохимической памяти и процессов самоорганизации в сильно неравновесных системах с целью создания новых функциональных материалов.

Именно академик Третьяков явился инициатором создания и директором-организатором нового подразделения МГУ – Факультета наук о материалах. Необходимость создания специального материаловедческого факультета в классическом университете была продиктована насущными потребностями быстро развивающейся науки и техники на рубеже 21-го века, особенно в областях, находящихся "на стыке" различных наук. Создание факультета на базе химического, физического и механико-математического факультетов МГУ объединило молодых талантливых сотрудников, работающих в области материаловедения, а также профессоров МГУ и исследователей из научных институтов РАН и различных ведомств.

Юрий Дмитриевич читает несколько общих и специальных курсов лекций, имеет более 700 печатных работ, является автором 17 учебников и учебных пособий, основные из которых: Термодинамика ферритов, Химия нестехиометрических окислов, Твердофазные реакции, Физико-химические основы получения, свойства и применение ферритов, Основы криохимической технологии.

Ю.Д.Третьяков – член Европейской академии наук и Всемирной академии керамики, председатель Научного Совета РАН по химической термодинамике и термохимии, президент российского общества материаловедов, член редколлегий журналов «Неорганические материалы», «Материаловедение», «Химическая технология», «Доклады Академии наук», «Успехи химии», «Журнал неорганической химии», «Journal of Solid State Chemistry», "Ceramics International".

Юрий Дмитриевич Третьяков награжден Государственной премией РФ в области науки, юбилейной премией МГУ–РАН за выдающиеся достижения в области образования, премией Правительства РФ в области образования, золотой медалью РАН им. Н.С. Курнакова, орденом Почета.

Юрий Дмитриевич, когда ожидать появления первого искусственного существа, способного самостоятельно размножаться и мутировать? Предположу, что к середине столетия. Как раз к завершению фазового перехода цивилизации, открытого С.П. Капицей.
(Алексей Лотов)

Что такое искусственное существо? Речь, видимо, идет о нанороботах, сложных молекулярных механизмах, о которых так много пишут и говорят, и которыми сейчас пытаются запугать человечество. Прежде всего, что такое робот? Само понятие робота появилось с легкой руки Карела Чапека – известного чешского драматурга. В переводе с чешского слово «робот» означает «человек, который совершает насильственный труд». Нетрудно заметить, что в русском языке слово «робот» созвучно словам «работа» и «раб», то есть, по сути, имеет тот же смысл, что и в чешском языке. Робот – это некое существо, совершающее работу по команде другого – сознательного существа. Чтобы создать такого наноробота, надо затратить невероятно много усилий, т.е. в реальности создать его чрезвычайно трудно. Кроме того, следует помнить о законах природы. Возможность самопроизвольного размножения роботов противоречит второму закону термодинамики. Иначе говоря, сама идея завоевания мира нанороботами противоречит фундаментальным законам науки.

Уважаемый Юрий Дмитриевич! Как Вы считаете, возможно ли в ближайшем будущем приложение нанотехнологий к твердым электролитам и что можно ожидать от этого? Не могли бы Вы высказать свое мнение о перспективах использования твердых электролитов в источниках для сохранения и преобразования энергии (топливные элементы, аккумуляторы и т.д.). Заранее спасибо и будьте здоровы!
(Kvasha Andriy)


Сейчас делаются попытки создания материалов в нанодисперсном состоянии, которые смогут привести к улучшению характеристик твердых электролитов или электродных материалов. Поскольку значительная часть вещества в нанодисперсных материалах находится на поверхности раздела, ионный транспорт на межфазной поверхности таких твердых электролитов усиливается, т.к. поверхностная диффузия происходит значительно быстрее объемной. С другой стороны, лимитирующим фактором эффективности электрохимического источника тока является скорость межфазного взаимодействия, которая при использовании нанодисперсных структур также будет протекать быстрее. То есть, принципиальных ограничений приложения нанотехнологий в области создания новых источников тока нет, но тут не видно и принципиально новой идеологии. Поэтому технически это вполне возможно, более того, уже многие современные источники тока используют достижения нанотехнологий.

Нигде не могу найти информацию о структурированной воде. Была передача по РТР" Живая вода", там много говорили про ее пользу и прочее. Как её делают? Можно ли сделать структурированную воду дома? Студент ЧРТ
(Василий)


Вода – совершенно уникальное вещество, свойства которого предопределяют существование всего живого. Не было бы аномалии воды при 4 градусах Цельсия, не было бы и жизни. До сих пор не раскрыты все загадки воды, ее продолжают изучать. Диаграмма состояния воды, которую мы предлагаем студентам на лекциях, и диаграмма, построенная на основе новейших исследований, сильно различаются. Обнаружено много новых полиморфных модификаций воды. Действительно, вода структурирована. Степень структурирования зависит от того, насколько ее состояние далеко от равновесного. Например, талая вода имеет льдоподобную структуру, которая отличается от структуры воды, полученной при конденсации из пара. То есть талая вода – это состояние скорее сильно отклоняющиеся от равновесного. Вода в той или иной степени структурирована всегда.

Но следует помнить, что в реальной жизни мы крайне редко сталкиваемся с чистой водой. Обычно она содержит разные примеси, прежде всего, соли. Поэтому многие «загадки» воды связаны собственно не с самой водой, а с присутствующими в ней примесями. Именно с ними могут быть связаны ее магнитные свойства, например, в случае, если она содержит ионы железа. Именно благодаря примесям возникают различные спекуляции вокруг «необычных» свойств воды и фокусы, которые показывают разные шарлатаны и экстрасенсы, в том числе и по влиянию на нее магнитных или электрических полей.

Еще раз повторю, что вокруг свойств воды много спекуляций, но есть и фундаментальные проблемы, которые заслуживают уважения и внимания и которые следует изучать. Новые, недавно появившиеся методы исследования открывают нам такие возможности.

Уважаемый Юрий Дмитриевич! Не кажется ли Вам, что стремительное развитие нанотехнологий и их широкое внедрение, в частности в области биологии и медицины, значительно опережает возможности специалистов в проведении качественных исследований безопасности применения наноматериалов?
(Валерий Самойленко)


Можно согласиться, что львиная доля усилий ученых направлена на практическое применение нанотехнологий. К сожалению, в России исследованиями х возможных последствий применения нанотехнологий никто не занимается, хотя в мире такие исследования ведут и довольно активно.

Сейчас уже внедрены в практику некоторые медицинские и косметические препараты, использующие наночастицы, и, насколько мне известно, не все они проходили необходимые клинические испытания. Особенно это касается ныне широко используемых косметических кремов, содержащих наночастицы. Так что, возможно, мы имеем дело с миной замедленного действия. Что мы будем иметь впоследствии от поспешного применения нанотехнологий, пока сказать трудно. У нас есть перед глазами пример использования ДДТ, негативные последствия которого накапливались в течение 20 лет, и лишь потом дали мутации. Можно также вспомнить и о диоксинах.

Впрочем, о вредном действии мелкодисперсных частиц человечеству известно давно. Вспомним, например, силикоз –болезнь шахтеров, десятилетиями вдыхающих мелкодисперсную пыль. Не стоит заниматься запугиванием, но, безусловно, следует помнить о возможных неожиданных последствиях применения нанотехнологий.

Здравствуйте Юрий Дмитриевич. Новый взгляд на нанотехнологии открылся мне после прочтения книги Эрика Дрекслера "МАШИНЫ СОЗДАНИЯ". Если Вы знакомы с его идеями, которым уже 20 лет, ответьте, пожалуйста, насколько реально с точки зрения современной науки будущее ассемблеров?
(Алексей Ларин)


Фактически я уже ответил на этот вопрос, когда говорил о нанороботах (см. первый вопрос). Никакой опасности здесь нет и быть не может.

Здравствуйте Юрий Дмитриевич. Ведётся ли в нашей стране разработка сверхпрочных материалов на основе углеродных нанотрубок? Есть ли мысли, проекты в нашей стране наподобие американских, связанных с созданием космического лифта на основе углеродных нанотрубок? Чего конкретно добилась Ваша лаборатория в практическом плане? Где используются Ваши результаты? Каким образом производятся нанотрубки в больших объёмах? Ведутся ли в Вашем ВУЗе разработки наномашин (двигателей, захватов и прочих инструментов для будущих ассемблеров)? Существуют ли более продвинутые приборы для манипуляции атомами, нежели атомно-силовые и сканирующие туннельные микроскопы?
(Никита Александрович)


Да, проекты по созданию сверхпрочных материалов на основе углеродных нанотрубок существуют, например, такие работы ведут во Всероссийском Институте Авиационных Материалов. Как быстро они приведут к результату, сказать трудно.

Что касается космического лифта, то считаю эту идею неинтересной и нереальной. По-моему, это никому не нужная гигантомания.

С углеродными нанотрубками мы работаем в фундаментальном плане и не планируем производить их сами, поскольку проще купить – процесс их получения отработан и с научной точки зрения никакого интереса не представляет. Для нас гораздо интереснее получить на основе одностенных углеродных нанотрубок, заполненных магнитными и полупроводниковыми веществами, новые материалы с определенными функциональными свойствами – электрическими, оптическими, магнитными, на основе которых можно будет сделать принципиально новые изделия для электроники, электротехники и т.д.

Сейчас мы работаем над проблемой заполнения углеродных нанотрубок диаметром 3-4 нм. Именно эта задача нам кажется наиболее интересной. Кстати, концы нанотрубок обычно закрыты «шапочками», их тоже надо было как-то открыть. Сейчас эта проблема уже решена.

Существует много методов получения нанотрубок в больших объемах. Это дуговой разряд, каталитическое осаждение из газовой фазы и др. Методов много, другое дело, какого качества получаются нанотрубки? Надо различать истинные углеродные нанотрубки и углеродные волокна, которые представляют собой «смесь всего», по аналогии с фуллеренами.

Насколько мне известно, в МГУ разработка наномашин не ведется.

Что касается новых приборов, которые позволяют проводить манипуляции с атомами, то сейчас в первую очередь решается проблема усовершенствования существующих. Создаются новые поколения атомно-силовых микроскопов, в частности весьма успешно такие работы ведут в Зеленограде. Их приборы востребованы на международном рынке, но цена таких приборов очень высока. В МГУ этими разработками не занимаются.

Здравствуйте, Юрий Дмитриевич! А не кажется ли Вам, что за модным ныне словом "нано" все больше встречаются проекты, цель которых – банальное вытягивание средств из государственных бюджетов? В России, например - из Роснауки. Я на днях оформлял заявку, так чиновники мне прямо посоветовали: «Употреби слово "нано" и все пройдет легче». Я придумал "наносферный углерод". Ну, разве это наука?
С уважением, к.т.н. Анатолий Терентьев.
(Анатолий Терентьев)


Да, так всегда было, есть и будет. Когда открыли высокотемпературную сверхпроводимость, туда бросились в 10 раз больше коллективов, чем те, кто реально были способны проводить исследования в этой области. Позже, лет через пять, произошел естественный отсев. Для того чтобы оценить реальную перспективность проекта и решить, кому имеет смысл выделить деньги на исследования, существуют эксперты. Сейчас многие специалисты вынуждены тратить уйму времени на подобные экспертизы. Нам тоже приходится этим заниматься.


Уважаемый Юрий Дмитриевич! Очень хотел задать интересующие меня вопросы. 1.В прессе и научных работах много говорится о различных разработках и внедрении нанотехнологий. Насколько нанотехнологии реализованы на практике в России и за рубежом? 2. Насколько сложными по строению могут быть самоорганизующиеся наноструктуры? Заранее спасибо.
С уважением Максим
(Максим)


О реализованных на практике нанотехнологиях в двух словах не ответишь. Об этом можно прочитать в моей статье «Перспективы развития нанотехнологий в России и за рубежом», которая будет опубликована в первом номере «Вестника Российской Академии Наук», в 2007г. Ее также можно найти на сайте нашего факультета по адресу http://www.hsms.msu.ru/inno_art.html.

Сложность строения самоорганизующихся систем зависит от условий ее формирования. Наноструктура может может быть как сложной, так и простой.

Уважаемый Юрий Дмитриевич! Как бы Вы ответили на вопрос о связи между атомными весами элементов и их магнитными свойствами? Речь идёт о магнитных свойствах простых веществ, а не о магнитных свойствах ядер или электронных оболочек. Действительно ли начиная с 4-го периода, наблюдается периодичность изменения молярной магнитной восприимчивости простых веществ по периодам таблицы Д.И.Менделеева? Хотелось бы получить Ваш комментарий по этому поводу.
(Александр)


На этот вопрос трудно дать краткий ответ Вы можете придти на химический факультет МГУ и прослушать лекции по магнитохимии, которые читает проф. П.Е.Казин.

Уважаемый, Юрий Дмитриевич! Под Вашим руководством кафедра неорганической химии химического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова стала лидирующим коллективом в области неорганического синтеза и материаловедения. Кого и каким Вы видите Вашего преемника для продолжения славных традиций, заложенных Вами?
(Константин)


Славные традиции кафедры неорганической химии были заложены несколькими поколениями ее руководителей, включая И.А. Каблукова, Н.С.Курнакова, В.И.Спицына. Последний возглавлял кафедру на протяжении 46 лет! Разумеется, что за последние 15-20 лет кафедра сильно преобразилась, как преобразилась и сама неорганическая химия, ставшая фундаментальной основой создания новых поколений современных функциональных материалов. Что касается будущего, то его трудно прогнозировать, даже если использовать подходы нелинейной динамики для описания эволюции сложных систем. Что касается преемника, то перед ним возникнет нелегкая задача продолжить то лучшее, что имеет кафедра, и одновременно сделать существенный шаг вперед в науке и образовании. Следующим заведующим я вижу молодого, талантливого, физически здорового и оптимистически настроенного ученого и педагога.

Здравствуйте, уважаемый Юрий Дмитриевич! Скажите, пожалуйста, насколько экологически безопасно применение углеродных нанотрубок, особенно при их случайном попадании в окружающую среду или в организм человека? (Корнеева Елена Анатольевна, инженер ОАО "Промгаз")
(Корнеева Елена Анатольевна, инженер ОАО "Промгаз")


Как я уже говорил, вещество в дисперсном состоянии может быть крайне вредным. Именно сочетание химических свойств вещества с его состоянием часто создает опасный продукт. Одновременно хочу напомнить, что углеродные нанотрубки содержатся даже в обычном дыме.

Уважаемый Юрий Дмитриевич! Считаете ли Вы нанотехнологии самой перспективной областью материаловедения? Какие еще направления упомянутой науки (материаловедения) следует активно развивать в России?
(Екатерина)


Трудно сказать, что является «самой перспективной» областью материаловедения. Безусловно, нанотехнологии – одна из быстроразвивающихся междисциплинарных областей. Но далеко не всегда потребительские свойства материала или изделия определяются наноструктурой. Слово «нано» по-моему, стало уже играть ту же роль, что и слово «калория» для желающих похудеть. Много материаловедческих проблем решается на макро- и микроуровне. Хотя никто не возражает, что следует изучать наномир, и это стало возможным с появлением новых технических средств. Однако обладать новейшими техническими средствами исследования еще не означает уметь извлекать с их помощью информацию. Поэтому сегодня мы нуждаемся в новом поколении людей, которые способны эффективно исследовать наноматериалы.

Можно ли организовать сайт, где отражались бы, пусть не все, но хотя бы наиболее интересные события нанофизики, нанохимии, нанотехнологии, и был бы грамотный комментарий, на какой стадии мы находимся на текущий момент?
(Аркадий)


Мы сейчас как раз заканчиваем работу над таким сайтом, и он начнет функционировать в январе. Сайт называется http://www.nanomater.ru. Там можно будет найти научно-популярные статьи о нанотехнологиях, различную справочную информацию и новости из мира нанотехнологий.

Юрий Дмитриевич, как Вы представляете себе дальнейшее развитие факультета наук о материалах? Планируются ли какие-либо изменения в системе подготовки специалистов на факультете?
(Анна)


Наш факультет создавался как некая модель, опыт которой должен учитываться другими факультетами МГУ, что правда, реализуется в очень ограниченной степени. Действительно, у ФНМ есть программа развития. Скоро с ней можно будет познакомиться на сайте нашего факультета. Пока же могу сказать, что мы, как и университет в целом, переходим на двухступенчатую систему подготовки специалистов – вводим бакалавриат и магистратуру. Скоро надеемся получить новые помещения, закупаем новое оборудование, планируем приглашать лекторов из-за рубежа. Но одно хочу сказать твердо: факультет никогда не сможет быть прибыльным, на что нас постоянно толкают. Главное для нас – научное творчество и воспитание творческих исследователей(о факультете наук о материалах можно также подробно почитать по адресу http://www.fnm.msu.ru).

Источник: "Наука и жизнь"