Развитие нанотехнологий в России

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследовательская работа

Развитие нанотехнологий в России

Введение

Сегодня наноиндустрия - это самое перспективное направлением в науке и технике. Россия, Япония, США, Китай и страны Европы на сегодняшний день формируют рынок в сфере наноиндустрии, растущий с каждым днем. Но на Российском рынке нанотехнологии относительно новый продукт, поэтому он реализован не достаточно тщательно, не настолько, насколько реализованы другие направления.

Задача развития современных нанотехнологий - найти новые идеи для выхода из перечня критических технологий в Российской Федерации путем нахождения новых идей для возможности реализации новых проектов для развития нанотехнологий. Предполагается, что программа развития наноиндустрии, разработанная и принятая правительством РФ, уже к 2015 году создаст условия для возникновения конкурентоспособных на мировом рынке высоких технологий производств и поможет заново сформировать научно-технический потенциал России. Утвержден проект формирования и развития рынка наноиндустрии в России, который состоит из трех этапов. Результатом данной инициативы будет создана современная кадровая, технологическая и информационная база. Программа сформирована с учетом инструментов управления в сфере наноиндустрии и установленного правительственного состава. Программа, разработанная Министерством образования и науки РФ до 2015 г., позволит создать конкурентно способные производства на мировом рынке высоких технологий и формировании научно-технического потенциала России. Источниками финансирования для решения задач в рамках программы являются бюджетные средства федеральных целевых программ, РОСНАНО, а также средства государственных фондов и другие.

Нанотехнологии - это не новые материалы, как часто думают. Нанотехнологии несут переворот в мышлении. Нанотехнологии позволяют манипулировать частицами на уровне атомов и строить, как из кубиков, принципиально новый мир. Главное - не само изделие, а именно умение строить. Изделие придумывает хороший дизайнер, а умение строить бесценно.

Структура учебно-исследовательской работы состоит в определении нанотехнологий в разных ракурсах, выделения основных направлений их развития в России, путей для преодоления их расположения в перечне критических технологий в РФ, определении перспектив их использования в разных комплексах хозяйственной деятельности и применения и главные проблемы их реализации.

При анализировании основных источников информации данной курсовой, я бы хотела выделить скудность и ограниченность некоторых источников о данном предмете, а в некоторых, наоборот, слишком наглядную конкретизированние проблем реализации.

В перечне основных методов моей работы, я хочу назвать выделение из книг и интернет материалов основных тезисов и проблем, а затем перефразирование их с моей точки зрения, именно поэтому моя работа достаточно субъективна, но и в меру оснащена фактами.

1. Нанотехнологии как фундамент научно технической революции

нанотехнология научный критический

Нанотехнологии перевернут мир, как раньше перевернули его информационные технологии. Сначала человек превратил в цифру саму материю. Материальная сфера будет полностью оцифрована, аналоговый мир устареет. Ученые, которые работают в области нанотехнологий, неизбежно уйдут от узкой специализации и станут натурфилософами, как и во времена Ньютона, когда науки еще не были разъединены, но и существовала их интеграция. И это, конечно, приведет к естественным изменениям в двухуровневой системе образования. Бакалавры будут традиционно изучать узкие дисциплины, но и магистратура уже будет посвящена именно умению понимать друг друга, чтобы работать на стыке наук. На перевязке наук возникает абсолютно новое знание, конца которому не видно.

Нанотехнология - это системообразующее начало Третьей, невиданной по своему размаху Научно-технической революции (НТР-3) - появления новой реальности, которая изменит облик мира уже к концу первого десятилетия XХl века.

В развитых странах большинство ученых осознают, какую роль будет играть развитие наноиндустрии, и именно это осознание привело к разработке широкомасштабных программ по их развитию на основе государственной поддержки.

50 лет назад в России уже начались работы по разработке нанотехнологий, но у таких работ слабое финансирование и проводится только в рамках отраслевых программ. К настоящему времени есть необходимость формирования программы общефедерального масштаба с учетом признания важной роли нанотехнологий на самом высоком государственном уровне.

Нанотехнологии - это мощный инструмент интеграции технологического комплекса России на международном рынке высоких технологий, надежного обеспечения конкурентоспособности отечественной продукции.

Чтобы разработать и успешно освоить новые технологических возможности, потребуется координация деятельности на государственном уровне всех участников нанотехнологических проектов, их всестороннего обеспечения (правового, ресурсного, финансово-экономического, кадрового), активной государственной поддержки отечественной продукции на внутреннем и внешнем рынках.

Формирование и реализация активной государственной политики в области нанотехнологий позволит с высокой эффективностью использовать интеллектуальный и научно-технический потенциал страны в интересах развития науки, производства, здравоохранения, экологии, образования и обеспечения национальной безопасности России.

Широкомасштабное и скоординированное развертывание на базе существующего задела работ в области нанотехнологий позволит России восстановить и поддерживать паритет с ведущими государствами в науке и технике и энергосбережении, в создании экологически адаптированных производств, в здравоохранении и производстве продуктов питания, уровне жизни населения, а также обеспечит необходимый уровень обороноспособности и безопасности государства.

2. Основные направления развития нанотехнологий в России

Самые значительные практические результаты могут быть достигнуты в следующих направлениях:

· создание твердотельных поверхностных и многослойных наноструктур с заданным электронным спектром и необходимыми электрическими, оптическими, магнитными и другими свойствами с помощью конструирования их на атомном уровне и использования современных высоких технологий с получением в результате принципиально новых объектов и приборов для исследований и различных приложений;

· в экстремальной ультрафиолетовой (ЭУФ) литографии на основе использования длины волны, обеспечивающей помимо создания наноэлектронных суперпроизводительных вычислительных систем переход в мир атомных точностей, что неизбежно скажется на смежных областях знаний и производства;

· в микроэлектромеханике, в основе которой лежит объединение поверхностной микрообработки, использующейся в микроэлектронной технологии, с объемной обработкой и применением новых наноматериалов, физических эффектов и технологии на основе синхротронного излучения, обеспечивших прорыв в области создания микродвигателей, микророботов, микронасосов для микрофлюидики, микрооптики, сверхчувствительных сенсоров различных физических величин - давления, ускорения, температуры, а также создания сверхминиатюрных устройств, способных генерировать энергию, проводить мониторинг окружающей среды, передвигаться, накапливать и передавать информацию, осуществлять определенные воздействия по заложенной программе или команде («умная пыль», микророботы);

· в конструировании молекулярных устройств (наномашин и нанодвигателей, устройств распознавания и хранения информации) и в создании наноструктур, в которых роль функциональных элементов выполняют отдельные молекулы. В перспективе это позволит использовать принципы приема и обработки информации, реализуемые в биологических объектах (молекулярная электроника);

· в разнообразном применении фуллереноподобных материалов и нанотрубок, обладающих рядом особых характеристик, включая химическую стойкость, высокие прочность, жесткость, ударную вязкость, электро- и теплопроводность. В зависимости от тонких особенностей молекулярной симметрии фуллерены и нанотрубки могут быть диэлектриками, полупроводниками, обладать металлической и высокотемпературной сверхпроводимостью. Эти свойства в сочетании с наномасштабной геометрией делают их почти идеальными для изготовления электрических проводов, сверхпроводящих соединений или целых устройств, которые с полным основанием можно назвать изделиями молекулярной электроники;

· в создании новых классов наноматериалов и наноструктур;

3. Перечень критических технологий Российской Федерации

Актуальность и важность указанных работ определили необходимость включения научных направлений, связанных с нанотехнологиями, в Перечень критических технологий Российской Федерации, утвержденный Президентом Российской Федерации.

нанотехнология научный критический

Если эффективно будут достигнуты ранее изложенные цели, то потребуется системный подход к решению целого ряда взаимоувязанных задач:

1. Создать научно-техническую и организационно-финансовую базу, позволяющую сохранить и развивать имеющийся в России приоритетный задел в исследованиях и применении нанотехнологий;

2. Координировать работы в области создания и применения нанотехнологий, наноматериалов и наносистемной техники;

3. Сформировать инфраструктуру для организации эффективных фундаментальных исследований, возможные применений их результатов, развития новых нанотехнологий;

4. Поддержать межотраслевое сотрудничество в области создания наноматериалов и развития нанотехнологий;

5. Обеспечить заинтересованность в решении научных, технологических и производственных проблем

6. Разработать и внедрить новые подходы к обучению специалистов в области нанотехнологий.

7. 

4. Перспективы использования нанотехнологий

Вам может показаться невероятным и удивительным следующие прогнозы ученых, но именно по мнению молодых ученых и специалистов, грамотное применение нанотехники и наноматериалов будет происходить следующим образом:

Медицина.

Создание молекулярных роботов-врачей, которые «жили» бы внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения, или предотвращали бы возникновение таковых, включая повреждения генетические. Прогнозируемый срок реализации - первая половина XXI века.

Генерология.

Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и «облагораживания» тканей человеческого организма. Оживление и излечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики. Прогнозируемый срок реализации: третья - четвертая четверти XXI века.

Промышленность.

Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. Вплоть до персональных синтезаторов и копирующих устройств, позволяющих изготовить любой предмет. Первые практические результаты могут быть получены в начале XXI века.

Сельское хозяйство.

Замена «естественных машин» для производства пищи (растений и животных) их искусственными аналогами - комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем. Подобное «сельское хозяйство» не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда. По разным оценкам, первые такие комплексы будут созданы во второй - четвертой четвертях XXI века.

Биология.

Станет возможным «внедрение» в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными - от «восстановления» вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.

Экология.

Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.

Освоение космоса.

По-видимому, освоению космоса «обычным» порядком будет предшествовать освоение его нанороботами. Огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком - сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из «подручных материалов» (метеоритов, комет) космические станции. Это будет намного дешевле и безопаснее существующих ныне методов.

Кибернетика.

Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным «переселение» человеческого интеллекта в компьютер. Прогнозируемый срок реализации: первая - вторая четверть XXI века.

Разумная среда обитания.

За счет внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет «разумной» и исключительно комфортной для человека. После XXIвека.

5. Ключевые проблемы развития нанотехнологий в России

Российский рынок нанотехнологий находится на начальном этапе становления, коммерческие приложения нанотехнологий в промышленности практически отсутствуют. Численность предприятий, которые уже приступили к этапу коммерциализации своих изобретений, составляет менее 20% от общего числа участников сектора. 

В России сегодня нет постоянно действующих масштабных нанотехнологических форумов и конференций мирового уровня, большинство российских специализированных конференций и выставок имеет локальный характер, мала доля российского представительства на крупных зарубежных конференциях и выставках.

В России существуют значительный разрыв между высоким качеством проводимых исследований, созданных научно-технологических заделов и низким уровнем инфраструктуры наноиндустрии в стране, а также недостаточная координация проводимых государством работ в этой области. Низкая восприимчивость промышленности к разработкам в области нанотехнологий в условиях перехода экономики на инновационный путь развития является главным сдерживающим фактором. В результате потребность отечественного рынка в нанотехнологической продукции во многих социально значимых сферах (медицина, энергетика, экология, ЖКХ и др.) значительно (в десятки раз) превышает объемы ее реального производства.

Государство готово вкладывать значительные деньги в развитие нанотехнологий, поскольку именно эта сфера способна освободить Россию от сырьевой зависимости и изменить облик российской экономики.

Примьер министр Владимир Путин провел совещание по развитию российской нанонауки. «Возросший экономический потенциал России открывает новые возможности для фундаментальных исследований, в том числе нанотехнологий», - заявил Владимир Путин, открывая совещание в Курчатовском институте. По его словам, сегодня нанотехнологии все больше востребованы в самых различных сферах, и необходимо активно внедрять их в российскую экономику.

После анализа ученых основных аспектов формирования проблем в отрасли нанотехнологий были выявлены следующие проблемы:

1) 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 различные сферы государства.

2) 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.

3) Разработка новых промышленных технологий получения наноматериалов, которые позволят России сохранить некоторые приоритеты в науке и производстве.

4) Обеспечение перехода от микротехнологий к нанотехнологиям и доведение разработок нанотехнологий до промышленного производства, особенно в области электроники и информатики.

5) Широкомасштабное развитие фундаментальных исследований во всех областях науки и техники, связанных с развитием нанотехнологий.

6) Создание исследовательской инфраструктуры

7) 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.

8) Привлечение, подготовка и закрепление квалифицированных научных, инженерных и рабочих кадров для обновленного технологического комплекса Российской Федерации.

Заключение

Для России и многих других развивающихся стран поддержка и вынесение идеи форсированного развития нанотехнологий в ранг национальной идеи - в качестве принципа общественного устройства, на основе которого строится вся национальная политика, является уникальным шансом не только сравняться со странами-лидерами по уровню социально-экономического развития, но и опередить их по многим показателям.

В России нанотехнологии хоть и выбраны в качестве направления, которое может обеспечить инновационные прорывы страны в долгосрочной перспективе, но в ранг национальной идеи, как в США, пока не возведены.

Считается, что становление наноиндустрии будет способствовать решению таких проблем человечества, как «энергетическая, экологическая и продовольственная безопасность, качество жизни, образования и общественного управления, борьба с бедностью, болезнями, терроризмом».

С учетом высокой капиталоемкости исследований в области нанотехнологий очевидна необходимость их масштабной государственной поддержки. Этой позиции придерживаются правительства многих государств, выделяя огромные средства на развитие наноиндустрии. Однако не следует забывать, что наноиндустрия - это не отдельная сфера, отрасль или сектор, а способ осуществления всех видов производства, который характеризуется не только технологией нового уровня, но и соответствующими ей экономическими и социальными отношениями: он может и должен быть развит в необходимой мере во всех его отраслях.

Для реализации экономической политики в области наноиндустрии на макроэкономическом уровне необходим хозяйственный механизм, позволяющий эффективно решать эту задачу. Такой механизм представляет собой экономический способ разрешения противоречий между ресурсами и потребностями в решении задачи, имеющей национальный масштаб и стратегическое значение для будущего положения страны в условиях глобальной конкуренции. Государственная экономическая политика должна рационально сочетать элементы директивного управления и косвенного регулирования, единство которых позволит успешно реализовать стратегии и тактику направляемого развития наноиндустрии.

Поскольку государственная экономическая политика объединяет как стратегический, так и тактический аспекты активизирующего воздействия на развитие нанотехнологий и различных видов наноиндустрии, то обе эти стороны должны стать объектом научного анализа, теоретической разработки, проектирования и реализации в хозяйственной практике. Для этого, прежде всего, следует оценить исходные позиции России относительно собственного потенциала, провести компаративный анализ состояния конкурентов и современного положения страны относительно начальных прогнозов и планов.

Сегодня многие эксперты считают, что наша страна навсегда отстала в науке и высоких технологиях и ее внутренних ресурсов не хватит на перелом тенденций падения в бездну. Однако они забывают уроки истории, когда разрушенная Великой Отечественной войной Россия в рекордные сроки создала ядерные и космические технологии, и сохранила в них лидерство даже сквозь катаклизмы последних десятилетий. Интеллектуальный потенциал нашей страны неисчерпаем и, сегодня по меньшей мере сотни тысяч молодых ученых и специалистов готовы на деле доказать что они стоят своих дедов, которые за две недели создавали качественно новые танки и рассчитывали цепную реакцию на ламповых калькуляторах.

Развитие нанотехнологий даст Российской Федерации возможность вернуться в число мировых лидеров в научной, экономической и политической сфере, решить территориальные и демографические проблемы.

Список литературы

1. Основы политики Российской Федерации в области науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу // Поиск. 2002. №16 (19 апреля).

2. Алферов Ж.И., Асеев А.Л., Гапонов С.В., Копьев П.С, Панов В.И., Полторацкий Э.А., Сибельдин Н.Н., Сурис Р.А. Наноматериалы и нанотехнологий // Микросистемная техника. 2003. №8. С. 3-13.

3. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления развития // Под ред. М.К. Роко, Р.С. Уильямса и П. Аливисатоса: Пер. с англ. М.: Мир, 2002. С. 292.

4. Глинк Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение: Пер. с англ. М.: Мир, 2002. С. 589.

5. Лесков С.Л. «Живая инновация»

6. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридчин В.А. Основы наноэлектроники: учеб. пособие. М.: Университетская книга; Логос;

Размещено на Allbest.ru