Год Краткая хронология существенных достижений в области нанотехнологий 1928Предложена принципиальная схема устройства сканирующего оптического микроскопа ближнего поля 1932Создание первого просвечивающего электронного микроскопа 1938Создание первого сканирующего электронного микроскопа 1959Ричард Ф. Фейнман (США) выдвинул идею создания веществ и объектов методом поштучной «атомарной» сборки 1972Создано реальное устройство, работающее по принципу микроскопа ближнего поля 1975Теоретически рассмотрена возможность существования так называемых квантовых линий и квантовых точек 1981Создание сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) 1985Создание первого полевого транзистора с высокой подвижностью носителей (НЕМТ). Химики синтезировали первые фуллерены 1986Эрик К. Дрекслер (США) выдвинул концепцию создания молекулярных машин» 1988Создание атомно-силового микроскопа (АСМ) 1991В Японии началась реализация государственной программы по развитию техники манипулирования атомами и молекулами (проект «Атомная Технология»). Получение первых углеродных нанотрубок 1998Изготовлен элемент памяти электронного запоминающего устройства (с объемом памяти 128 мегабит), работающий при комнатной температуре 2000США приступили к реализации программы исследований, названной Национальной Нанотехнологической Инициативой (НИИ)

Материалы и методы обработки Ожидаемые эффекты от внедрения нанотехнологий Экономические, технические и социальные последствия Нанокристаллы, нанозерна Повышение прочности стали Обработка поверхности с молекулярной точностью Производство новых материалов Повышение прочности, снижение веса, особая отделка и внешний вид Медицинские применения (новые противораковые препараты) Технология получения (измельчение зерен, соединение и придание ориентации) нанозернистых материалов Создание наноэлектронных устройств (с использованием фотодиодов и т. п.) Создание сред для магнитной записи со сверхвысокой плотностью Создание на основе нанозернистых материалов светоизлучающих устройств с низким энергопотреблением Создание на основе нанозернистых материалов сред для магнитной записи со сверхвысокой плотностью Техника обработки поверхности с нанометровой точностью Создание высокоэффективных оптоэлектронных переключателей Создание устройств для сверхточной механической обработки Новый этап развития полупроводниковой промышленности Технология получения и отделения двумерных кристаллов Использование металлических нанокластеров в катализе и энергетике Создание сверхпроводящей керамики Создание функциональных оптических материалов Создание сверхлегких и сверхпрочных конструкционных материалов Развитие промышленного производства новых типов материалов Многослойные, композиционные и структурированные материалы Создание высокопрочных и коррозионностойких металлических материалов Создание магнитных сред для записи со сверхвысокой плотностью Прогресс в энергетике и информационных технологиях

Измерения, обработка, моделирование Ожидаемые результаты внедрения нанотехнологий Экономические, социальные и технические последствия Развитие техники измерений Высокоточные и высокоскоростные измерительные устройства Использование оптической техники вакуумного ультрафиолета Получение «сверхплоских» поверхностей и подложек Терабитовые оптические и магнитные запоминающие устройства Революционные изменения в социальной жизни и экономике Значительный прогресс в развитии методов механической микрообработки (уменьшение размеров, повышение точности) Техника микрообработки Создание новых типов ЭВМ (нанокомпьютеры, квантовые компьютеры, молекулярные и биологические компьютеры) Полупроюдниковая техника; квантовые точки; новые типы лазеров Медицина; наносистемы в биологии Информационные терминалы нового типа Системы мониторинга окружающей среды и энергетических установок Революционные изменения в социальной жизни и экономике Медицина и биология ( микрокатетеры, биологические мониторы, ДНК-чипы, биодатчики, искусственные органы) Окружающая среда и энергетика (мониторинг среды, микродвигатели, микробатареи и т. п.) Электроника; терабитовые запоминающие устройства (рост объема памяти в 1000 раз!); одноэлектронные устройства; квантовые компьютеры Передача и обработка информации (персональные информационные терминалы, квантовые компьютеры, оптоэлектронные большие интегральные схемы Развитие методов точного моделирования Машинное проектирование полупроводниковой техники (ТСА1)) Существенные изменения структуры электронной промышленности

Проблемы окружающей среды Основные факторы, приводящие к возникновению проблемы Существующая ситуация, прогноз на будущее и т. д. Повышение температуры атмосферы Земли Поступление в атмосферу больших количеств двуокиси углерода и метана, что связано с постоянным увеличением объема сжигаемого ископаемого топлива (нефти и т. п.), выхлопными газами автомобилей и т. д. Средняя температура атмосферы Земли за период гг. возросла на 0,5 'С Ожидается, что за XXI век средняя температура атмосферы возрастет еще на 3 °С, в результате чего уровень мирового океана возрастет примерно на 65 см В центральных и северных областях Японии (Тохоку, Хоккайдо) подъем уровня моря вызовет серьезные проблемы, а в западной Японии возникнут проблемы с выращиванием традиционных сортов риса Повышение температуры значительно сместит распределение лесных массивов на планете и приведет к замене одних пород деревьев другими Изменение климата приведет к усилению так называемых суточных пиков электропотребления, а также к повышению температуры в крупных городах и их окрестностях Медики считают, что уменьшение озонового слоя на 1 % приводит к росту числа больных с раком кожи на 3-6 %, а с лейкемией (белокровием) на 1 % В соответствии с прогнозами врачей, уменьшение озонового слоя на 10 % приведет к росту заболеваний раком кожи на 20 %. Каждый год 1,6-1,7 миллиона человек будут заболевать лейкемией Продолжающийся рост объема выброса фреонов в атмосферу может привести к существенному разрушению озонового слоя в течение ближайших 10 лет Загрязнение среды диоксином Широкое применение диоксина в промышленных целях В настоящее время в организме каждого японца на 1 кг веса содержится около 3,72 пикограмм диоксина (предельная норма содержания диоксина составляет 12,4 пикограмм) Хлорсодержащие соединения постоянно поступают в атмосферу из-за сжигания различных пластиков (в особенности поливинилхлоридов, уретана и т. п.) Зола и остатки сжигаемых полимерных отходов являются активными загрязнителями атмосферы, почвы и водных ресурсов Дивксин обнаруживается даже в материнском молоке Кислотные дождиВозникновение так называемых кислотных дождей связано с тем, что в атмосферу поступают большие количества сульфидов и нитридов, выступающих побочными продуктами производств Сульфиды и нитриды в больших количествах содержатся в продуктах сгорания ископаемого топлива (нефти и т. п.) Очень большие количества соединений азота и двуокиси углерода содержат выхлопные газы автомобилей и других транспортных средств Начиная с 1990 года в центральных районах Японии наблюдается постоянный рост легочных и других заболеваний, связанных с загрязнением атмосферы По расчетам в 1974 году из-за кислотных дождей в центральных районах Японии пострадало более 30 тысяч человек (глазные и кожные заболевания)

Проблемы экологии и энергетики Возможности использования нанотехнологий Экономические, социальные и технические задачи Повышение температуры атмосферы Земли Поиски альтернативных источников энергии (отказ от сжигания ископаемого топлива, использование природных источников); повышение кпд устройств, работающих на солнечной энергии Новые топливные элементы Использование энергии ветра и т. д. З начительное уменьшение количества СО2 в выхлопных газах и т. п. Развитие экологически безопасных транспортных средств Развитие и производство новых источников энергии (топливные элементы и т. п.) Широкое внедрение новых типов материалов (на основе углеродных нанотрубок и т. п.) Разрушение озонового слояПоиск веществ и материалов, заменяющих фреоныПредотвращение дальнейшего разрушения озонового слоя; снижение риска онкологических заболеваний (уменьшение озонового слоя на 10 % повышает число онкологических заболеваний на 20 %) Загрязнение среды диоксином Поиск новых материалов, способных заменить хлорсодержащие пластики Создание биодатчиков, способных к длительному и точному мониторингу окружающей среды Создание нанопорошков для борьбы с загрязнением окружающей среды Создание нанофильтров Создание общества и экономики «безотходного» типа; прекращение выпуска экологически опасных веществ; полная переработка отходов; полное предотвращение образования диоксина Кислотные дождиПоиски альтернативных источников энергии (отказ от сжигания ископаемого топлива, использование природных источников); повышение кпд устройств, работающих на солнечной энергии. Новые топливные элементы. Уменьшение или прекращение выброса окислов серы и азота транспортными и промышленными установками

Область исследований Возможные практические применения нанотехнологий Социальные, экономические и технические последствия Здравоохранение и медицина Создание наноустройств (автономных и вводимых в организм) Биодатчики (создание рганических и неорганических материалов, превосходящих ткани организма по функциональным возможностям) Создание биомеханизмов, способных осуществлять измерения и требуемые медицинские действия Новые парадигмы в медицине Создание долгосрочных и эффективных систем контроля здоровья. Измерение уровня загрязнения окружающей среды Революционные изменения в медицинском обслуживании (возникновение медицины «малого» вмешательства и даже медицины «без вмешательства») Измерение содержания различных веществ в организме, лечебные операции при необходимости (детектирование и уничтожение раковых клеток и т. п.) Лекарственные препаратыПрактическое использование результатов проекта «Геном человека» «Адресная доставка» лекарств Получение новых биоматериалов Искусственные ферменты и антитела Искусственные функциональные полимеры (заменители тканей организма и т. п.) Реализация идей «индивидуальной» медицины Организация полного курса лечения на основе личной генетической информации о пациенте Значительный прогресс в здравоохранении и фармацевтике Непрерывный контроль за состоянием организма Полная победа над раковыми заболеваниями, СПИДом и т. п. Разработка лекарственных препаратов с новым механизмом действия (например, препаратов, активизирующихся при повышении температуры у пациента) Восстанавливающая медицина Производство биологически активных нановеществ методами самосборки Реализация идей восстанавливающей медицины Производство искусственных тканей и органов, не вызывающих реакцию отторжения Развитие рынка медицинских услуг (до 50 миллиардов иен) к 2020 году

Проблемы сельского хозяйства Возможные практические применения нанотехнологий Социальные, экономические и технические последствия Недостаток продуктов питания Методы генетической модификации: создание более устойчивых к сорнякам и вредителям сортов растений увеличение урожайности повышение питательной ценности (калорийности) получаемых продуктов Решение проблемы нехватки питания Создание стабильного и достаточного Сельскохозяйственного производства Широкое применение

Создание более быстрых, надежных и удобных авиационных транспортных средств включает в себя: Предпосылки развития Создание новых типов двигателей Улучшение аэродинамики летательных аппаратов Создание новых конструкционных материалов Создание новых конструкционных материалов Термостойкие керамические композиционные материалы Полимерные композиционные материалы В обычных композиционных материалах характеристики «складываются», однако при достижении некоторого предела характеристики могут «умножаться» Каждый компонент нанокомпозитов образует отдельную структуру, однако атомы при этом дополнительно взаимодейетвуют друг с другом, создавая новые структуры и придавая веществу новые свойства Возможности применения нанотехнологий Возможные практические применения нанотехнологий Социальные и др. последствия внедрения Авиация, космическая техника Создание сверхлегких, сверхпрочных и термостойких материалов Развитие новых, более удобных и надежных средств авиатранспорта Ракетная техникаНанокомпозитыРакетные двигатели нового типа, космические станции

Важнейшая проблема создание единой «сети» исследований, т. е. обеспечение реального взаимодействия между промышленными, государственными и научными кругами, быстрого и эффективного обмена информацией и т. д. Нанотехнологические исследования связаны с различными науками (физика, химия, биология, математика, технология) Социальные преобразования XXI века «Сеть» связанных научных дисциплин ПУТЬ К УСПЕХУ Информационные технологии Биология, медицина Экология, энергетика Материаловедение Авиация, космическая техника Новые области науки, связанные с развитием нанотехнологии Фундаментальные исследования + внедрение + новые учебные программы Развитие международных и междисциплинарных научных связей Обеспечение обмена информацией и идеями Практические применения (электроника и т. д.) Международные контакты и научный обмен Студенты, исследователи, персонал Исследователи, инженеры, техники Университеты, фундаментальн ые исследования Университеты, фундаментальн ые исследования Промышленные круги; реализация проектов и внедрение результатов Исследований в производство Промышленные круги; реализация проектов и внедрение результатов Исследований в производство Междисциплинарные контакты

Новые методы литографии Оптическая связь (фотоника, волноводные устройства) Радиосвязь (сверхширокополосные устройства) Использование нанотехнологий в устройствах типа Пасокон Контрольно-измерительное оборудование с использованием СЭМ Трёхмерные БИС (МОП-транзисторы с трёхмерной структурой) Одноэлектронные запоминающие устройства Принципиально-новые устройства (с углеродными нанотрубками) Метод ALCVD Наноустройства в фотонике Терабитовые магнитные диски «Умные» биодатчики Лаборатории-на-чипе

PDP Производство углеродных нанотрубок и фуллеренов Гибкие дисплеи из органических материалов Наностёкла Магнитные среды для записи со сверхвысокой плотностью. Устройства со сверхплотной компоновкой Высокоэффективные фотоэлектронные преобразователи Нанопроволоки Волокна с углеродными нанотрубками Новые сорта стали ( с повышенной прочностью, термостойкостью, коррозионной стойкостью и т.д. Нанокристаллические оптические устройства Сверхпроводники «Синергические» керамические материалы «Регулируемые» оптические волокна (с меняющейся структурой) «Высокоэнергетические» материалы (биометики)

Скоростная измерительная аппаратура с высоким разрешением Информационные терминалы нового типа Полупроводниковые устройства нового типа (TCAD) Микромашины и микродвигатели Нанолазеры Использование сверхдальнего УФ-излучения Сверхточная обработка поверхности Биологические и медицинские наносистемы Нанокомпьютеры. Биокомпьютеры (после 2016 года)

Материалы для автомобилестроения (полимерные нанокомпозиты) Новые оптические наноматериалы Термоэлектрические преобразователи с высоким КПД Аккумуляторы водорода Топливные батареи для автомобилестроения Топливные батареи Биодатчики Солнечные батареи с высоким КПД Нанороботехника Бионеорганические материалы Технология связывания СО 2 Технология разложения фреонов Высокоэф фективные разделитель ные мембраны Искусственный фотосинтез (2017 год) Нанофильтры для разделения изотопов (2025 год)

Жидкие наноматериалы для охлаждения атомных реакторов Развитие общих методов моделирования наносистем Система «адресной» доставки лекарств в организме Биоматериалы Биологические микродвигатели Развитие общих методов анализа и моделирования полимерных сеток

Биологические пестициды Новые материалы для авиационной промышленности Новые материалы для космической техники