Нанотехнологии в машиностроении России

5.         В электронном и электротехническом машиностроении - расширение возможностей радиолокационных систем за счет применения фазированных антенных решеток с малошумящими СВЧ-транзисторами на основе наноструктур и волоконно-оптических линий связи с повышенной пропускной способностью с использованием фотоприемников и инжекционных лазеров на структурах с квантовыми точками; совершенствование тепловизионных обзорно-прицельных систем на основе использования матричных фотоприемных устройств, изготовленных на базе нанотехнологий и отличающихся высоким температурным разрешением; создание мощных экономичных инжекционных лазеров на основе наноструктур для накачки твердотельных лазеров, используемых в фемтосекундных системах.

6.         В энергетическом машиностроении - наноматериалы используются для совершенствования технологии создания топливных и конструкционных элементов, повышения эффективности существующего оборудования и развития альтернативной энергетики (адсорбция и хранение водорода на основе углеродных наноструктур, увеличение в несколько раз эффективности солнечных батарей на основе процессов накопления и энергопереноса в неорганических и органических материалах с нанослоевой и кластерно-фрактальной структурой, разработка электродов с развитой поверхностью для водородной энергетики на основе трековых мембран). Кроме того, наноматериалы применяются в тепловыделяющих и нейтронопоглощающих элементах ядерных реакторов; с помощью нанодатчиков обеспечивается охрана окружающей среды при хранении и переработке отработавшего ядерного топлива и мониторинга всех технологических процедур для управления качеством сборки и эксплуатации ядерных систем; нанофильтры используются для разделения сред в производстве и переработке ядерного топлива.

2.3.2. Ключевые проблемы  развития нанотехнологий в России

Анализ мирового опыта формирования национальных и  региональных программ по новым научно-техническим  направлениям свидетельствует о  необходимости выявления некоторых  ключевых проблем в области разработки наноматериалов и нанотехнологий.

Первая проблема - формирование круга наиболее перспективных их потребителей, которые могут обеспечить максимальную эффективность применения современных достижений. Необходимо выявить, а затем и сформировать потребности общества в развитии нанотехнологий и наноматериалов, способных существенно повлиять на экономику, технику, производство, здравоохранение, экологию, образование, оборону и безопасность государства.

Вторая проблема - повышение эффективности применения наноматериалов и нанотехнологий. На начальном этапе стоимость наноматериалов будет выше, чем обычных материалов, но более высокая эффективность их применения будет давать прибыль. Поэтому необходимо среднесрочное и долгосрочное финансирование НИОКР по наноматериалам и нанотехнологиям с выбором способов реализации программы, включая масштабы и источники финансирования. Государство заинтересовано в быстрейшем развитии перспективного направления, поэтому оно должно взять на себя основные расходы на проведение фундаментальных и прикладных исследований, формирование инноваций.

Третья проблема - собственно разработка новых промышленных технологий получения наноматериалов, которые позволят России сохранить некоторые приоритеты в науке и производстве.

Четвертая проблема - обеспечение перехода от микротехнологий к нанотехнологиям и доведение разработок нанотехнологий до промышленного производства, особенно в области электроники и информатики.

Пятая проблема - широкомасштабное развитие фундаментальных исследований во всех областях науки и техники, связанных с развитием нанотехнологий.

Шестая проблема - создание исследовательской инфраструктуры, включая:

организацию центров  коллективного пользования уникальным технологическим и диагностическим  оборудованием;

современное приборное  оснащение научных и производственных организаций инструментами и  приборами для проведения работ  в области нанотехнологий;

обеспечение доступа  научно-технического персонала к  синхротронным и нейтронным источникам (как российским, так и зарубежным), к сверхпроизводительным вычислительным комплексам;

разработку специальной  метрологии и государственных стандартов в области нанотехнологий;

развитие физических и аппаратурно-методических основ  адекватной диагностики наноматериалов на базе электронной микроскопии  высокого разрешения, сканирующей электронной  и туннельной микроскопии, поверхностно-чувствительных рентгеновских методик с использованием синхротронного излучения, электронной  микроскопии для химического  анализа, электронной спектроскопии, фотоэлектронной спектроскопии.

Седьмая проблема - создание финансово-экономического механизма формирования оборотных средств у институтов и предприятий-разработчиков наноматериалов и нанотехнологий, а также развитие инфраструктуры, обеспечивающей поддержку инновационной деятельности в этой сфере на всех ее стадиях - от выполнения научно-технических разработок до реализации высокотехнологической продукции.

Восьмая проблема - привлечение, подготовка и закрепление квалифицированных научных, инженерных и рабочих кадров для обновленного технологического комплекса Российской Федерации.

Для выработки и  практической реализации необходимых  и достаточных мер в области  создания и развития нанотехнологий должна быть сформирована государственная  политика, которая, в свою очередь, должна рассматриваться как часть государственной  научно-технической политики, определяющей цели, задачи, направления, механизмы  и формы деятельности органов  государственной власти Российской Федерации по поддержке научно-технических  разработок и использованию их результатов.

К таким мерам  прежде всего необходимо отнести:

разработку и  реализацию материально-технического обеспечения работ в области  нанотехнологий с максимальным учетом возможностей кооперации в использовании  уникального сверхдорогостоящего  научного и экспериментально-исследовательского оборудования;

подготовку, повышение  квалификации, привлечение и закрепление  кадров (прежде всего молодых специалистов) в области нанотехнологий для  их использования в научной и  промышленной сферах;

изучение рынка  наукоемкой продукции в части  нанотехнологий с использованием методов  прогнозирования и технико-экономической  оценки;

анализ современного состояния научно-исследовательских  работ фундаментального и прикладного  профиля в соответствии с общими отечественными и мировыми тенденциями  в развитии данного направления, а также результативности законченных  исследовании и их дальнейшей перспективности;

определение приоритетных ориентированных направлений в  области нанотехнологий, результаты которых могут быть использованы в ближайшее время, среднесрочной  и дальней перспективе, а также  в фундаментальных и поисковых  исследованиях;

разработку и  использование системы координации  и кооперации проводимых исследований в области нанотехнологий;

создание и использование  экспертных систем и баз данных как  информационного возобновляемого  ресурса в области последних  достижений, связанных с разработкой  и применением нанотехнологий в  стране и за рубежом;

отработку систем взаимодействия государства с предпринимательским  сектором экономики в целях формирования рынка нанотехнологий, привлечения  внебюджетных средств для проведения исследований и организации соответствующих  производств; разработку мер по активизации  участия бюджетных и внебюджетных фондов и частных инвесторов на всех стадиях разработки и освоения нанотехнологий;

разработку системы  мер по организации эффективного взаимовыгодного международного сотрудничества в области исследований и практического  использования нанотехнологий.

Работы в области  развития нанотехнологий могут быть организованы по следующей схеме:

на первом этапе (начиная с 2005 г.) включить в состав федеральной целевой научно-технической  программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы специальный  раздел по развитию работ, связанных  с созданием и использованием нанотехнологий, сконцентрировав в  нем интеллектуальные, финансовые и  материально-технические ресурсы  в данной области;

на втором этапе, учитывая масштабность задач по развитию фундаментальных исследований, прикладных технологических работ и созданию инновационной инфрастрактуры, разработать  самостоятельную программу федерального уровня (на 2006-2010 гг.), учитывающей программы, реализуемые федеральными органами исполнительной власти, субъектами РФ и отдельными организациями различных  форм собственности с условным названием  «Нанотехнологий».

Программа должна включать фундаментальные исследования, прикладные исследования и разработки, внедрение  и организацию производства, а  также вопросы, связанные с подготовкой  и привлечением высококвалифицированных  кадров. Подготовка и согласование элементов данной программы могла  бы быть начата уже в 2004 г. со сроком представления окончательного варианта в 2005 г.

Предлагаемый порядок  организации и исполнения работ  обусловлен тем, что на сегодняшний  день развитие нанотехнологий как научно-технического направления во многом еще находится  на стадии поиска и даже осознания  возможных путей его реализации как в чисто научном плане, так и в достижении потенциально значимых практических результатов  и поэтому требует активного  участия государства с использованием всех возможных форм и методов  государственного управления и поддержки.

Итогом реализации национальной программы должно стать  перевооружение ведущих отраслей промышленности на основе широкого внедрения нанотехнологий.

Для разработки и  практической реализации перечисленных  и иных мер, обеспечения координации  органов государственной власти в решении проблем, связанных  с развитием отечественной науки  и экономики, необходимо создание Межведомственного  Совета по нанотехнологиям. В состав Совета и его секций должны входить  ученые и специалисты Российской академии наук, высшей школы и промышленности, федеральных органов исполнительной власти, субъектов Российской Федерации  и представителей деловых кругов.

Заключение

Ключевые технологии и материалы всегда играли большую  роль в истории цивилизации, выполняя не только узко производственные функции, но и социальные. Достаточно вспомнить, как сильно отличались каменный и  бронзовый века, век пара и век  электричества, атомной энергии  и компьютеров. По мнению многих экспертов, XXI в. будет веком нанонауки и нанотехнологий, которые и определят его лицо. Воздействие нанотехнологий на жизнь обещает иметь всеобщий характер, изменить экономику и затронуть все стороны быта, работы, социальных отношений. С помощью нанотехнологий мы сможем экономить время, получать больше благ за меньшую цену, постоянно повышать уровень и качество жизни.

Главная надежда  нанотехнологий связана с тем, что  удастся двигаться не «сверху  вниз», а «снизу вверх», т.е. выращивать наноструктуры, наноматериалы, нанообъекты. Нанотехнологии требуют больших  объемов материалов и собирать их атом за атомом невозможно. Поэтому  есть два основных ключа к нанотехнологиям:

1.         Нужно организовать процессы так, чтобы наноструктуры собирались сами, образуя то, чего бы нам хотелось. Другими словами, это процессы самоорганизации, самоформирования и самосборки.

2.         Решение многих проблем нанотехнологий требует совместной деятельности физиков, химиков, математиков, биологов — общего языка, понятий и моделей — междисциплинарного подхода. Кроме того, именно широкий междисциплинарный взгляд дает понимание того, чего в принципе возможно достичь, чего хотелось бы достичь и — главное чего хотелось бы избежать. Здесь первостепенное значение приобретает проектирование будущего, в котором технологические, экономические, политические, военные и социальные проблемы оказываются значительно более взаимосвязаны, чем ныне. Это обусловлено совершенно новыми технологическими возможностями.

В самом деле, чтобы  нанотехнологии не остались научной  фантастикой, они должны найти свое место в экономике, включиться в  существующие экономические циклы  или создать новые. Это требует  активного мониторинга и сопровождения  на всех этапах от лаборатории до рынка. Это качественно новый уровень  управления, позволяющий решать организационно-экономические  проблемы невиданного уровня сложности.

В развитых странах  осознание ключевой роли, которую  уже в недалеком будущем будут  играть результаты работ по нанотехнологиям, привело к разработке широкомасштабных программ по их развитию и государственной  поддержке. 

Из числа технологически продвинутых стран Россия - единственная - до настоящего времени не имеет  программы развития нанотехнологий федерального масштаба. Исследования в этом направлении проводятся в  рамках академических институтов, частично вузов, входят отдельными разделами  в отраслевые программы, но, как правило, не завершаются практическим внедрением результатов. Более того, даже осуществить  зарубежное патентование отечественных  изобретений, как правило, не удается, так как государство в этом не заинтересовано и никакой финансовой поддержки авторам изобретений  не оказывает. Растворение проблематики нанотехнологий в отдельных разделах федеральных и отраслевых программ не позволяет даже оценить, сколько  средств выделяется государством на их развитие. По существующим оптимистическим  оценкам - несколько десятков миллионов  долларов США. При этом сотни высококлассных российских специалистов, которые могли  бы составить цвет отечественной  нанотехнологии, вынуждены работать за рубежом. Отсутствие Федеральной  программы, четкой целевой установки  на промышленное внедрение разработок, неготовность отраслей к восприятию достижений нанотехнологии, убогость финансирования - все это является следствием отсутствия государственной  политики в этом стратегически важном направлении.