НАНОТЕХНОЛОГИИ СОСТОЯНИЕ, НАПРАВЛЕНИЯ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ. - презентация

1 НАНОТЕХНОЛОГИИ СОСТОЯНИЕ, НАПРАВЛЕНИЯ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

2 СОДЕРЖАНИЕ I. Что такое нанотехнологии II. Перспективы нанотехнологий в России: 1. Проблемы Российской науки 1. Проблемы Российской науки 2. Принципы развития и текущее состояние нано- технологий 2. Принципы развития и текущее состояние нано- технологий 3. Основные направления исследований и разра-боток в области нанотехнологий 3. Основные направления исследований и разра-боток в области нанотехнологий 4. Основные направления исследований и разра-боток в области нанотехнологий 4. Основные направления исследований и разра-боток в области нанотехнологий III. Приложение. Национальная нанотехнологи- ческая инициатива США

3 Нанотехнология имеет дело с разнообразными структурами вещества, характерный размер которых – порядка миллиардных долей метра (10 -9 м). Наноматериалы - материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых, хотя бы в одном измерении, не превышают 100 нм, и, вследствие чего, обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками. Нанотехнология - совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать объекты и материалы из отдельных атомов, молекул и компонентов с размерами от 1 до 100 нм, хотя бы в одном измерении. НАНОТЕХНОЛОГИЯ И НАНОМАТЕРИАЛЫ

4 НАНОМИР И НАНОСТРУКТУРЫ Один нанометр – это магическая точка на шкале размеров

5 ИНСТРУМЕНТАРИЙ НАНОТЕХНОЛОГИЙ НАНОТЕХНОЛОГИИ СТАЛИ ВОСТРЕБОВАНЫ ПОСЛЕ ТОГО, КАК ПОЯВИЛИСЬ ИНСТРУМЕНТЫ, ПОЗВОЛЯЮЩИЕ ВИДЕТЬ, ИЗМЕРЯТЬ И МАНИПУЛИРОВАТЬ ВЕЩЕСТВОМ НА НАНОСКОПИЧЕСКОМ УРОВНЕ. ОПРЕДЕЛЯЮЩУЮ РОЛЬ ДЛЯ РАЗВИТИЯ И СТАНОВЛЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИИ СЫГРАЛИ ДВА СОБЫТИЯ: СОЗДАНИЕ СКАНИРУЮЩЕГО ТУННЕЛЬНОГО МИКРОСКОПА (СТМ1981г.) И АТОМНО- СИЛОВОГО МИКРОСКОПА (АСМ 1986г.). ОНИ ПОЗВОЛИЛИ ВПЕРВЫЕ ПОЛУЧИТЬ ИЗОБРАЖЕНИЕ АТОМОВ И МАНИПУЛИРОВАТЬ АТОМАМИ И МОЛЕКУЛАМИ; ОТКРЫТИЕ НОВОЙ ФОРМЫ СУЩЕСТВОВАНИЯ УГЛЕРОДА В ПРИРОДЕ – ФУЛЛЕРЕНОВ И УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК (1990–1991гг.). ШИРОКО РАСПРОСТРАНЕНЫ ТАКЖЕ КРЕМНИЕВЫЕ И ДРУГИЕ НЕУГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ, КОТОРЫЕ НАЗЫВАЮТ НАНОПРОВОДАМИ. Молекула фуллерена -С 60 Углеродные нанотрубки

6 Принципиально новые углеродные соединения – фуллерены, каркасные сферические многогранники, составленные из правильных пяти- и шестиугольников с атомами углерода в вершинах, были открыты в 1985 году. В 1991 году были открыты углеродные нанотрубки – макромолекулы, представляющие собой полые цилиндрические структуры длиной до сотен микрометров и диаметром около нанометра. Были получены нанотрубки разной геометрии – как однослойные (одностенные), так и многослойные (многостенные). В 2004 году появился еще один принципиально новый класс наноматериалов – сверхтонкие углеродные пленки – графены. ФУЛЛЕРЕНЫ И УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ Графен – слой атомов углерода, соединенных в шестигранную кристаллическую решетку и представляющих собой графеновую пленку толщиной всего в один атом углерода. Однослойные углеродные нанотрубки – только первая ступень в развитии наноэлектроники, а конечная будет базироваться на графене.

7 К настоящему времени установилась следующая классификация наноматериалов: нанопористые структуры (терморасширенный графит, наноструктурированный углерод, цианиты); наночастицы (частицы диаметром от 2 до 100 нм, состоящие из атомов); нанотрубки и нановолокна (цилиндрические образования углеродных атомов диаметром от 0,5 до 10 нм и длиной несколько мкм); нанодисперсии (коллоиды, взвесь частиц размером от 1 до 1000 нм в органических или неорганических жидкостях); наноструктурированные поверхности и пленки (плоские наноструктуры толщиной в один или несколько атомов); нанокристаллы и нанокластеры (частицы упорядоченной структуры размером от 1 до 5 нм, содержащие до 1000 атомов). НАНОМАТЕРИАЛЫ

8 НАНО-АЛЮМИНИЙ В РАКЕТНОМ ТОПЛИВЕ Порошок АI с размером зерен менее 100 нм

9 Важнейшим направлением в нанотехнологии является постоянное совершенствование методов нанопроизводства (Наноструктура, которую нельзя построить, не слишком полезна). В нанотехнологиях применяются два принципиально разных подхода к обработке вещества и созданию наноизделий и наноструктур: технологии «сверху- вниз» (top-down) и «снизу-вверх» (bottom-up). Подход «сверху-вниз», т.е. обработка вещества с последовательным уменьшением размеров до требуемых (нанометровых) размеров. Наноструктура создается в объемном материале, как это принято в классических технологиях интегральных схем на основе кремния (планарная технология с использованием фотолитографии, рентгенолитографии и др.) НАНОСБОРКА Процесс формирования наноструктур по принципу «сверху-вниз» предусматривает обработку макромасштабного объекта или структуры и постепенное уменьшение их размеров, вплоть до получения изделий с нанометровыми параметрами, методами литографии и нанолитографии.

10 Технология «снизу-вверх» заключается в том, что при создании наноструктур набирают и выстраивают отдельные атомы и молекулы в упорядоченную структуру. Этот подход также осуществляется с помощью самосборки или некоторой последовательности каталитических химических реакций с участием углеродных нанотрубок, электропроводящих полимеров, биологических клеток и белковых структур. НАНОСБОРКА

11 КАЖДАЯ ИЗ УКАЗАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СОЗДАНИЯ НАНОСТРУКТУР ИМЕЕТ СВОИ ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ, ПОЭТОМУ ВЕДЕТСЯ АКТИВНЫЙ ПОИСК КОМПРОМИССНЫХ РЕШЕНИЙ НА ОСНОВЕ КОМБИНАЦИИ ЭТИХ ТЕХНОЛОГИЙ. ВСЕ ТЕХНОЛОГИИ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ МАНИПУЛЯЦИЮ ОТДЕЛЬНЫМИ АТОМАМИ, СЛИШКОМ МЕДЛЕННЫЕ И ГРОМОЗДКИЕ, ОСОБЕННО ЕСЛИ НУЖНО СОЗДАТЬ МАССИВНУЮ СТРУКТУРУ ИЛИ ДОСТАТОЧНОЕ КОЛИЧЕСТВО ИНКАПСУЛИРОВАННОГО ЛЕКАРСТВА. САМОЙ ВАЖНОЙ ИЗ ВСЕХ ТЕХНОЛОГИЙ НАНОПРОИЗВОДСТВА ЯВЛЯЕТСЯ САМОСБОРКА ИЗ-ЗА ЕЕ УНИВЕРСАЛЬНОСТИ, СПОСОБНОСТИ ПРОИЗВОДИТЬ СТРУКТУРЫ НА РАЗЛИЧНЫХ МАСШТАБАХ ДЛИНЫ И НИЗКОЙ СТОИМОСТИ. ПРОБЛЕМА БОЛЬШИНСТВА ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ СБОРКЕ НАНОСТРУКТУР ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В ТОМ, ЧТО ОНИ ОЧЕНЬ НАПОМИНАЮТ РУЧНУЮ РАБОТУ. НАНОСБОРКА

12 НАНОТЕХНОЛОГИИ ОХВАТЫВАЮТ ЧРЕЗВЫЧАЙНО ШИРОКИЙ КЛАСС НАУК И ИМЕЮТ МНОГО АСПЕКТОВ РАЗВИТИЯ. ИХ МОЖНО КЛАССИФИЦИРОВАТЬ ПО НЕСКОЛЬКИМ ОЧЕНЬ РАЗНЫМ ПРИЗНАКАМ И ОСОБЕННОСТЯМ: ПО СТЕПЕНИ СЛОЖНОСТИ СОЗДАВАЕМЫХ СТРУКТУР; ПО ПРИНАДЛЕЖНОСТИ К РАЗЛИЧНЫМ НАУКАМ; ПО МЕТОДАМ ПРОИЗВОДСТВА; ПО ПРЕДПОЛАГАЕМЫМ ПРИМЕНЕНИЯМ; ПО ВРЕМЕННОЙ ШКАЛЕ ПРОГНОЗИРУЕМОГО ВНЕДРЕНИЯ. НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

13 КЛАССИФИКАЦИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ ПО СТЕПЕНИ СЛОЖНОСТИ НАНООБЪЕКТОВ Класс объектовКонкретные примеры Нанопорошки, наночастицы в раствореКраски, косметические кремы Нанотрубки, нанопроволокиУглеродные нанотрубки Простые слои и покрытия нанометрической толщиныАлмазные пленки на разнообразных поверхностях, многослойные покрытия в молекулярной электронике, защитные покрытия, солнечные батареи Трехмерные слоистые структурыМагнитные запоминающие устройства Трехмерные периодические и случайные образованияКристаллизованные белки, трехмерные устройства молекулярной записи информации Линейные цепочкиИнформационные молекулы ДНК и др. Поверхностные структуры с незначительной глубинойНовейшие микроэлектронные устройства, наномеханические устройства Многослойные покрытия, получаемые различными методиками Поверхностные лазеры с вертикальным резонатором (VSCEL) Развитые трехмерные структуры, не обладающие способностью к самовоспроизведению или саморепликации Манипуляции с ДНК, биомолекулярные компьютеры, наномашины Развитые трехмерные структуры, обладающие способностью к самовоспроизведению Самовоспроизводящиеся нанороботы

14 КЛАССИФИКАЦИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ ПО ПРИНАДЛЕЖНОСТИ К РАЗЛИЧНЫМ НАУКАМ Физика Аналитические и механические приборы и устройства Сканирующие зондовые микроскопы Оптические микроскопы ближнего поля; оптические «щипцы» Электронные, магнитные, оптические свойства наноструктур Наномеханика Самоорганизация структур и объектов Химия/Матери аловедение Частицы, покрытия, пористые материалы, дендримерные молекулы, нановолокнистые композиты, структуры на основе ДНК Электроника Литография с использованием оптических, электронных и ионных пучков Многослойные магнитные датчики Запись информации с помощью механических микрозондов Использование нанотрубок в качестве переключателей, проводников и т.п. Биология Анализ биомолекул и клеточных процессов. Биоминерализация. Биологические моторы и биокомпьютеры Медицина Получение наночастиц с нанесенными на их поверхность антигенами/антителами/участками ДНК Использование наночастиц для оптической сигнализации о состоянии органов и тканей Применение магнитных наночастиц для выделения и нагрева отдельных участков тканей Преодоление иммунного барьера организма за счет переноса препаратов на наночастицах Создание и использование ДНК-чипов Создание биосовместимых материалов и веществ Использование имплантантов для контроля состояния организма и дозированного ввода препаратов Создание и применение электродов, обеспечивающих контакт с мозгом и нервной системой

15 ОСНОВНЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ Оптическая литография, литография с применением электронных, ионных и атомарных пучков Штамповка, молекулярное «впечатывание», нанолитография Самосборка Создание структур на поверхности при манипуляциях отдельными атомами и молекулами с использованием сканирующих зондовых микроскопов Механосинтез (молекулярные нанотехнологии) Получение частиц из газовой фазы (пламя, плазма) Получение нанокомпозитов методами золь-гель

16 ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РОССИЙСКОЙ НАУКИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В РОССИИ

17 ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РОССИЙСКОЙ НАУКИ 1. ОТСУТСТВИЕ МАСШТАБНЫХ ОБЩЕНАЦИОНАЛЬНЫХ ЗАДАЧ В ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ И РАЗРАБОТКАХ Необходимо формировать государственный заказ фундаментальной науке в соответствии с государственной научно-технической и инновационной политикой, а также основными направлениями социально-экономического развития и выработать объективный механизм оценки уровня приоритетности научных исследований, проводимых в институтах РАН. Организация фундаментальных исследований и инновационной деятельности должна осуществляться на основе сочетания принципов саморегулирования субъектов научных исследований и государственного регулирования в пределах, не нарушающих свободу научного творчества. 2. ИЗОЛИРОВАННОСТЬ АКАДЕМИЧЕСКИХ НАУЧНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ ОТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ. ИННОВАЦИОННО И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ НЕ ВОСПРИИМЧИВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ Эти два фактора являются самыми существенными препятствиями на пути преобразования российской системы научных исследований и разработок в российскую систему инноваций.

18 ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РОССИЙСКОЙ НАУКИ Необходимо более тесно связать сектор науки и технологий с промышленным сектором. Первый не может развиваться в условиях отсталого промышленного сектора, также как возрождение науки и технологий не будет происходить без спроса со стороны отечественных предприятий на инновационную продукцию. Новые научные идеи и технологии не могут успешно развиваться и превращаться в инновационные рыночные продукты в условиях наличия отсталого промышленного сектора. Лидирующие позиции в мире во многих областях фундаментальной науки не могут быть реализованы из-за отставания почти во всех областях промышленных инноваций и базовых технологий. В России сегодня развиваются параллельно две независимые системы – промышленный сектор, который, время от времени, изыскивает финансовые средства для закупки технологий и наукоемкого оборудования за рубежом, и сектор науки и технологии, которому, время от времени, удается продать российские технологии и наукоемкое оборудование за границу.

19 ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РОССИЙСКОЙ НАУКИ 3. ОТСУТСТВИЕ ЗАКАЗЧИКА НА НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ И СПРОСА СО СТОРОНЫ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И БИЗНЕСА НА ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИННОВАЦИОННУЮ ПРОДУКЦИЮ Российские ученые пока еще не умеют работать на конкретный заказ, выполнять его в сжатые сроки, строго следуя техническому заданию. 4. ОТСУТСТВИЕ ОПЫТА И МЕХАНИЗМОВ КОМПЛЕКСНОЙ СИСТЕМНОЙ ИНТЕГРАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК И ПРЕВРАЩЕНИЯ ИХ В ЗАКОНЧЕННЫЙ (КОНДИЦИОННЫЙ) ОБЩЕСТВЕННО-ПОЛЕЗНЫЙ ПРОДУКТ Менталитет научных работников таков, что они считают возможным в качестве производственной базы для организации массового производства инновационной продукции использовать лабораторию, где разработана новая технология или ноу-хау. Чаще всего, стремление к сиюминутной выгоде руководителей и научных сотрудников академических институтов ведет к тому, что ноу-хау и технологии, способные в перспективе приносить огромную прибыль, за бесценок продаются западным компаниям.

20 ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РОССИЙСКОЙ НАУКИ 5. ОТСУТСТВИЕ ИННОВАЦИОННОЙ КУЛЬТУРЫ, ИННОВАЦИОННОГО МЕНЕДЖМЕНТА, ОПЫТА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ПРОМЫШЛЕННЫМ СЕКТОРОМ И НАВЫКОВ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК В ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ОБОРОТ И ИХ ДАЛЬНЕЙШЕЙ КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ До тех пор пока результаты исследований не будут вовлечены в экономический оборот, они не будут производить прибыль. Успешная стратегия развития науки и технологии должна быть интегрирована с общей стратегией развития частного бизнеса и промышленного сектора и должна оперативно реагировать на их потребности. Необходимо создать действенную систему и экономические механизмы, стимулирующие вовлечение инноваций и новых технологий в экономический оборот с использованием коммерческого опыта частного бизнеса. Нужна развернутая инновационная инфраструктура, обеспечивающая развитие и поддержку всех стадий инновационного процесса исследований и разработок в области нанотехнологий. Все объекты инновационной инфраструктуры должны согласовано работать, не создавая узких мест и препятствий во всем цикле: от проведения фундаментальных научных исследований и разработок до создания, освоения производства и выведения на рынок новых наукоемких продуктов нанотехнологий.

21 ПРИНЦИПЫ РАЗВИТИЯ И ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ 1. Через лет нанотехнологии станут основой промышленности и кардинально изменят экономику и качество жизни, что диктует необходимость выработки государственной стратегии в этой области и концентрации усилий на приоритетных исследованиях и на внедрении их результатов в производство. 2. Работы по нанотехнологиям и наноматериалам в России в настоящее время ведутся разрозненно рядом академических институтов и отраслевых научно-исследовательских организаций. Они слабо скоординированы, не увязаны по целям и задачам и не ориентированы на серьезный практический результат. Они плохо оснащены современной исследовательской и экспериментальной базой и кадровым потенциалом. 3. Финансирование и развитие нанотехнологий должно производиться с прицелом на перспективные рынки, потребляющие продукты нанотехнологии. В России таких рынков нет.

22 ПРИНЦИПЫ РАЗВИТИЯ И ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ 4. Создание новых рынков должно естественно опираться на конкурентоспособность России в текущей мировой экономике и прежде всего в энергетике и материаловедении. 5. Разработка нанотехнологий должна базироваться в отраслевых научно-исследовательских центрах при поддержке университетской науки, через которые возможно привлечение академической науки.

23 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ 1. Программно-целевое финансирование научной академической среды. 2. Материаловедение: новые очень легкие и очень прочные наноматериалы с заданными свойствами; наноуглеродные материалы (фуллерены, нанотрубки, наноалмазы, нановолокна и др.); наноструктурированные катализаторы для использования в низкоэнергетических и экологически чистых производствах; новые наноматериалы и структуры для водородной и солнечной энергетики, для лазеров, светоизлучающих диодов, фотоприемников, преобразователей солнечной энергии и термофотопреобразователей. 3. Энергетика и информационные технологии: водородная инфраструктура и топливные элементы; системы транспортировки, аккумулирования и хранения водорода; высокоэффективные системы преобразования солнечной энергии;

24 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ высокояркие светоизлучающие диоды для освещения, потребляющие очень небольшое количество энергии; высокоэффективные аккумуляторы электрической энергии – суперконденсаторы, ионисторы и др. 4. Нанобиомедицина: Направленная целевая доставка лекарственных препаратов к конкретным органам человека; новые фармацевтические препараты на основе сочетания биологических и синтетических веществ; генная терапия и инженерия системы индивидуального лечения человека; материалы для диагностики процессов в живых клетках и биосовместимые имплантанты; новые методы генетической модификации растений и животных; диагностика и мониторинг окружающей среды; эффективные методы очистки и обессоливания воды.

25 ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТ ПО НАНОТЕХНОЛОГИЯМ НАПРАВЛЕНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯПЕРСПЕКТИВА ПРОДУКТА ПЕРСПЕКТИВА КОНКУРЕНЦИИ НАЛИЧИЕ НАУЧНО ИНЖЕНЕРНОГО ПОТЕНЦИАЛА ПЕРСПЕКТИВНОСТЬ НАПРАВЛЕНИЯ Твердотельные устройства на основе поверхностных и многослойных структур с заданным электронным спектром Бытовая и военная электроника, средства связи, альтернативная энергетикаочень высокая (в военной электронике конкуренция ослаблена за счет государственной защиты) есть точки роставысокая Фотонные кристаллыСредства связивысокая надо создаватьсредняя Управляемый рост нано- фрактальных систем: селе- ктивных катализаторов, спецкоксов и т.д. Химическая, нефтехимическая и пищевая промышленность, атомная энергетика очень высокаявысокаяесть точки роставысокая Функциональные наноком- позиты, в т.ч. на основе полимеров и фуллерено- подобных структур Автомобилестроение, авиапромышленность, альтернативная энергетика очень высокая имеетсявысокая Устройства молекулярной электроники Бытовая электроника, средства связи высокая, но дальняя очень высокаяесть точки ростасредняя Устройства микроэлектромеханики Микромашинынизкаявысокаянадо создаватьнизкая Медицинская нанотехнологияМедицина, биотехнология, фармацевтика очень высокаябезнадежнаяимеетсянизкая Нано дисперсные порошки Высокотемпературная электроника, энергетика, космические средства средняя имеетсясредняя

26 ОСНОВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО РАЗВЕРТЫВАНИЮ РАБОТ ПО НАЦИОНАЛЬНОЙ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОГРАММЕ 1. Осуществить отбор приоритетных направлений нанотехно-логических разработок с учетом конкурентных преимуществ России и уровня оригинальных российских разработок, а также перспектив их дальнейшей коммерциализации, конкурентоспособности и востребованности как на внутреннем, так и на внешнем рынках; 2. В кратчайший срок создать сеть исследовательских центров коллективного пользования и оснастить их аналитическим и научным оборудованием, необходимым для синтеза и диагностики нанопродуктов. 3. Создать целостную образовательную систему подготовки нового поколения исследователей, материаловедов и технологов, обладающих междисциплинарными фундаментальными знаниями и владеющих новейшим аналитическим и диагностическим оборудованием, используемым в нанотехнологиях. 4. Организовать метрологическую и сертификационную службу для разработки стандартов, метрологии и сертификации, способную объективно оценивать качество наноструктур, наноматериалов и наносистемной техники.

27 ОСНОВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО РАЗВЕРТЫВАНИЮ РАБОТ ПО НАЦИОНАЛЬНОЙ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОГРАММЕ 5. Разработать инновационную инфраструктуру, обеспечивающую коммерциализацию технологий и разработок, а также систему мер, обеспечивающих развитие нанобизнеса и формирование рынка нанотехнологий на основе оценки перспектив потребности в продукции потребителей и производителей наноматериалов и нанопродуктов. 6. Создать финансово-экономический механизм, обеспечивающий поддержку и быструю коммерциализацию нанотехнологий от стадии исследований, разработки, освоения и тиражирования промышленных технологий получения наноматериалов и наносистемной техники до реализации нанопродукции. 7. Создать и реализовать целостную систему подготовки российского общества к переменам, связанным с развитием нанотехнологий и использованием нанопродуктов, включая соответствующие школьные курсы, музейные экспозиции, выпуск научно-популярной литературы, телевизионные передачи, фестивали науки и т.д.

28 «Нано» является хорошим бизнесом. По мнению авторитетных экспертов, в течение ближайших 7-10 лет мировой рынок нанотехнологических продуктов и услуг будет возрастать со скоростью более 1 трлн. долл. в год. Особенно быстро будут развиваться следующие сектора рынка нанотехнологий: наноструктурные материалы и процессы (340 млрд. долл. в год); наноэлектроника и энергетика (340 млрд. долл. в год); фармацевтические препараты (300 млрд. долл. в год); химическое производство (180 млрд. долл. в год); аэрокосмическая промышленность (70 млрд. в год). Нанотехнология имеет огромный потенциал для использования в чрезвычайно большом и разнообразном множестве практических областей – от производства более прочных и легких конструкционных материалов до уменьшения времени доставки наноструктурированных лекарств в кровеносную систему, увеличения объема памяти и быстродействия компьютеров. ФОРМИРОВАНИЕ РЫНКА НАНОТЕХНОЛОГИЙ

29 Внедрение нанотехнологий в экономику не может быть основано просто на использовании достижений фундаментальной науки. Оно должно быть связано с активным и плодотворным сотрудничеством между бизнесом, промышленностью, наукой и государством. С целью получения максимального экономического эффекта от результатов исследований и разработок в области нанотехнологий, очень важно обеспечить своевременный их перевод в инновационную продукцию. Среди разнообразных научно-технических достижений и перспективных идей в области нанотехнологий необходимо уже на начальной стадии исследований и разработок тщательно отобрать те, которые можно достаточно быстро внедрить в промышленное производство и продвинуть на рынок. Сделать их приоритетными и поддержать серьезными фундаментальными исследованиями. Задача заключается не в том, чтобы построить бизнес, подходящий для нанотехнологий, а в том, чтобы создать нанотехнологии, подходящие для бизнеса. ФОРМИРОВАНИЕ РЫНКА НАНОТЕХНОЛОГИЙ

30 НАЦИОНАЛЬНАЯНАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯИНИЦИАТИВАСША

31 В период годов США поставили своей целью стать мировым лидером практически во всех нанотехнологических исследованиях, для чего была разработана обширная программа, оформленная в виде официально принятой Национальной нанотехнологической инициативы (ННИ) в январе 2000 года. ННИ представляет собой стратегию и детальный план развития новых технологий на ближайшие 20 лет. В него включено большое число долгосрочных и среднесрочных фундаментальных исследований. Программа опирается на огромную экономическую и технологическую базу США и является весьма внушительной как в количественном, так и в качественном отношении. Ежегодное бюджетное финансирование этой программы достигло в последние годы более одного млрд. долларов. Такая же сумма инвестируется частным бизнесом. НАЦИОНАЛЬНАЯ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНИЦИАТИВА США

32 Подписанный президентом США Бушем в 2003 году Акт об исследованиях и развитии нанотехнологий в XXI веке, предполагает фронтальное решение проблемы нанотехнологии как в фундаментальном, так и в прикладном направлениях с выделением свыше тысячи направлений поиска, объединенных вокруг наноэлектроники, наноэнергетики, нанобиотехнологии, молекулярной электроники, наноэлектромеханики, оптоэлектроники, создания новых поколений функциональных и конструкционных наноматериалов, наноматериалов для медицины, машиностроения и робототехники, компьютерных технологий, экологии, аэронавтики, систем безопасности и борьбы с терроризмом. Созданная в США инфраструктура по нанотехнологиям включает ведущие университеты, национальные лаборатории, производственные и венчурные компании. Число продуктов, произведенных в США с помощью нанотехнологий, уже достигает 5 тысяч. Более половины патентодержателей в этой области в мире составляют американские компании, университеты и частные лица. НАЦИОНАЛЬНАЯ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНИЦИАТИВА США

33 ЦЕЛИ НАЦИОНАЛЬНОЙ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНИЦИАТИВЫ США Создание сверхпрочных материалов и разработка на их основе новых транспортных средств Развитие технологии обработки веществ и материалов на атомарном и молекулярном уровне Создание солнечных батарей с повышенным КПД, топливных элементов и аккумуляторов водорода Разработка генетических и лечебных противораковых препаратов Создание миниатюрных запоминающих устройств с мультитерабитовым объемом памяти Создание сверхминиатюрных транзисторов и повышение быстродействия компьютеров в миллион раз Разработка новых материалов и процессов для защиты окружающей среды Разработка новых методов очистки воды и воздуха

34 ОРГАНИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА НАЦИОНАЛЬНОЙ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНИЦИАТИВЫ США

35 В США принято различать понятия «нанонаука» (nanoscience) и «нанотехнологии» (nanotechnology). Нанонаука объединяет в себе наноэлектронику, наномеханику, нономатериалы. Основываясь на достижениях в различных областях фундаментальной науки, обеспечивает появление и развитие нанотехнологий. Бюджетное финансирование исследований в области нанонауки осуществляется в рамках бюджетной статьи «фундаментальные исследования» (basic research). Фундаментальные исследования в области нанонауки по заказам Минобороны США (DARPA) осуществляются в рамках программы «Defense Sciences». Только в рамках Национальной Нанотехнологической Инициативы объем финансирования исследований и разработок Министерства обороны США в области нанонауки и нанотехнологий на период гг. составляет 1388 млн. долл. Помимо федерального бюджета США немалые деньги вкладываются в нанотехнологии и через бюджеты различных штатов. Финансирование различных наноразработок заложено в бюджетах 63 % ведущих американских корпораций, включенных в список Dow Jones Industrial Average. НАЦИОНАЛЬНАЯ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНИЦИАТИВА США

36 ОБЪЕМЫ ФИНАНСИРОВАНИЯ ПРОГРАММЫ НАЦИОНАЛЬНОЙ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНИЦИАТИВЫ США В период с 1997 по 2001 гг. бюджетные расходы США на нанотехнологии составили 831 млн. долл. Бюджетное финансирование первого этапа реализации программы ННИ ( гг.) составило 2780 млн. долл. На реализацию второго этапа программы ННИ предусмотрены бюджетные ассигнования в объеме 5060 млн. долл., из них в 2005 году было израсходовано 1200 млн. долл., а в 2006 г. – 1303 млн. долл.

37 1. Национальный научный фонд (National Science Foundation – NSF) – 1654 млн.долл. 2. Министерство обороны (Department of Defense – DOD) – 1044 млн. долл. 3. Министерство энергетики (Department of Energy – DOE) – 1442 млн.долл. 4. Министерство здравоохранения. Работы координирует и заказывает Национальный институт здравоохранения (National Institutes of Health – NIH) – 297 млн.долл. 5. Министерство торговли. Работы координирует и заказывает Национальный институт стандартов и технологий (National Institutes of Standards and technology – NIST – 297 млн.долл. 6. Министерство внутренней безопасности (Department of Homeland Security – DHS). 7. НАСА (National Aeronautics and Space Administration – NAS – 154,8 млн.долл. ОСНОВНЫЕ ЗАКАЗЧИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК В РАМКАХ ПРОГРАММЫ ННИ США И ОБЪЕМЫ ИХ ФИНАНСИРОВАНИЯ НА ПЕРИОД гг.

38 Министерство юстиции Министерство транспорта Министерство финансов Бюро промышленности и безопасности (Министерство торговли США) Комиссия по безопасности потребительских товаров Госдепартамент Управление по контролю за продуктами и лекарствами (Министерство здравоохранения) Агентство по охране окружающей среды Комиссия по международной торговле Разведывательный центр по технологическим инновациям Комиссия по ядерной регламентации Техническое управление (Министерство торговли) Патентное ведомство США (Министерство торговли) ДРУГИЕ МИНИСТЕРСТВА И АГЕНТСТВА, УЧАСТВУЮЩИЕ В НАЦИОНАЛЬНОЙ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНИЦИАТИВЕ США

39 ННИ уже создала значительную сеть научно-исследовательских центров, средств взаимодействия с пользователями и связанную с ними инфраструктуру на всей территории США. Национальный научный фонд, Министерство обороны и НАСА создали 24ьнаучно-исследовательских центра. Пять объектов пользователей Министерства энергетики находятся в процессе строительства, некоторые из этих объектов уже имеют промежуточные операционные возможности работы в сети. Национальный научный фонд создал сеть объектов пользователей, объединившую 13 университетов, сеть Национальной нанотехнологической инфраструктуры, а также Нанотехнологическую компьютерную сеть, включающую 7 университетов. Общее число пользователей как Нанотехнологической компьютерной сети, так и объектов и научно-технических материалов Сети Национальной нанотехнологической инфраструктуры составляет около 700. НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ЦЕНТРЫ И ИНФРАСТРУКТУРА ННИ США