«Карлики» наступают
Чем грозят миру нанотехнологии.
Учёные день ото дня шокируют землян. То выпускают бронежилеты, от которых якобы отскакивают пули. То разрабатывают линию нижнего белья, отталкивающего грязь.
То придумают не имеющую запаха и самоочищающуюся под воздействием света краску для стен. То создадут фантастический бетон, превосходящий обычный по всем параметрам, — сверхлёгкий, особо прочный и стойкий к перепадам температур.
То изготовят специальные стаканы, вода в которых становится низкомолекулярной и поистине волшебной, так как в ней снижается содержание таких вредных веществ, как свинец, фтор, и уничтожаются кишечная палочка и стафилококк.
И всё это благодаря каким-то загадочным наночастицам, о которых в учебниках физики пока нет ни слова. Что это за «карлики» (так переводится с греческого слово «нано»), выясняли корреспонденты «ВЧ».
Один из них, фотограф, побывал на официальной презентации уникального учебно-научного наноцентра ЮУрГУ.
Второй, журналист, в рамках «круглого стола», проводимого региональным отделением Союза журналистов России, пообщался с руководителем этого центра профессором доктором технических наук Сергеем Сапожниковым.
Оказывается, такие всем известные лекарства, как полисорб и активированный уголь, представляют собой не что иное, как наночастицы. Из них насквозь состоит и глина.
Поэтому керамика — наноматериал, огнеупорный и на основе природных глин. Кстати, биометрический паспорт — тоже в какой-то степени продукт таких передовых технологий.
— Один нанометр равен одной миллиардной части метра, — поясняет профессор Сергей Сапожников, который данной темой занимается с 2000 года. — В школьной программе этого действительно нет.
Виноват Эйнштейн
Пожалуй, первым учёным, использовавшим новую единицу измерения, был Альберт Эйнштейн. В 1905 году он теоретически доказал, что размер молекулы сахара равен одному нанометру.
Но только через 26 лет немецкие физики Эрнст Руска и Макс Кнолл создали электронный микроскоп, который стал прообразом нового поколения подобных устройств, позволивших заглянуть в наномир.
Официальным днём рождения нанотехнологий считается 29 декабря 1959 года. Тогда профессор Калифорнийского технологического института Ричард Фейнман в своей лекции «Как много места там, внизу», прочитанной перед Американским физическим обществом, отметил возможность использования атомов в качестве строительных частиц.
Дальше — больше. В 1968 году исполнительный вице-президент компании Bell Альфред Чо и сотрудник её отделения по исследованиям полупроводников Джон Артур обосновали теоретическую возможность использования нанотехнологий в решении задач обработки поверхностей и достижения атомной точности при создании электронных приборов.
В 1974 году японский физик Норио Танигучи, работавший в Токийском университете, предложил термин «нанотехнологии» (процесс разделения, сборки и изменения материалов путем воздействия на них одним атомом или одной молекулой), быстро завоевавший популярность в научных кругах.
В 1991 году японский профессор Сумио Ииджима, работавший в компании NEC, открыл углеродные нанотрубки.
От фантазий к реальности
Для чего всё это, спросите вы. Что даёт открытие таких «карликов»? Немало.
Однако изначально идея была фантастической. Учёные предположили, что смогут создать своеобразного микроробота и запустить его по кровеносным сосудам человека. Наномеханизм должен был убирать со стенок сосудов атеросклеротические бляшки.
— Глупость несусветная! — говорит сейчас Сергей Борисович. — Но чем глупее идея, тем большее количество народа в неё верит. Согласны? Данный пример не показателен.
Как, скажите, этот робот должен был понять: атеросклеротические бляшки — это хорошо или плохо? Какие мозги должны быть у этого робота? Вся наука в этом маленьком роботе заключена оказалась бы… Суть открытия наночастиц в другом.
Опыты показали, что использование наночастиц улучшает такие характеристики материалов, как прочность, пластичность, твёрдость и износостойкость. На основе углеродных трубок в наше время уже выпускаются материалы в сто раз прочнее стали. А нанокомпозитные покрытия обеспечивают упрочение и антикоррозийную стойкость металла. И это далеко не всё!
Частицы меняют свойства материалов
— Нанотехнологии востребованы в таких направлениях, как космонавтика, автомобилестроение, электроника, медицина, строительство, оборонная отрасль, — рассказывает профессор Сапожников.
— Допустим, если наночастицами модифицировать чугун, то он становится лучше. Прочность литейных сплавов увеличивается. Кстати, в ЮУрГУ изучается влияние мощных наносекундных импульсов (сверхкороткого электромагнитного излучения) на материалы, что существенно меняет их свойства.
Опыт может пригодиться в промышленности. Возможный эффект — существенная экономия энергоресурсов, материалов, финансовых средств и времени.
По словам Сергея Борисовича, во всём мире интерес к данной сфере возрастает, тратятся громадные средства. Например, в прошлом году на эти цели израсходовали около восьми миллиардов долларов.
Однако Российская корпорация нанотехнологий, которую возглавляет Анатолий Чубайс, из рассмотренных за полтора года 600 заявок профинансировала лишь три. Но в ЮУрГУ не унывают.
Нанотехнологиями в университете начали серьёзно заниматься четыре года назад (хотя технологии, базирующиеся на наночастицах — керамика, микропорошки, твёрдые сплавы или композитные материалы, используются здесь более 40 лет).
Сейчас в вузе создали уникальную площадку для исследований. В центре материаловедения и нанотехнологий установили самое современное зарубежное оборудование для работы с наночастицами. Магистры, аспиранты и докторанты имеют возможность погружаться в наномир с помощью сорока различных суперприборов.
Ещё около двадцати единиц техники поступит в этом году. Всё это не случайно.
Совместно с московской фирмой «ФОРТ Технология» университет участвует и в практической разработке — получении новых защитных материалов для бронежилетов, а с челябинскими учёными-медиками ЮУрГУ выиграл шесть грантов по медицинской нанотехнологической тематике на 200 миллионов рублей.
Нанотехнологии — удовольствие дорогостоящее, но, бесспорно, полезное. Раз материалы становятся прочнее и пластичнее, то, может быть, микрочастицы и человека могут преобразить?
Ввести их в организм — и кости станут прочнее, а ткани пластичнее? В принципе шутливый вопрос, который возник у автора этих строк, как оказалось, в общем-то не бредовый. Другое дело, что влияние наночастиц на организм человека ещё не изучено.
Но опыты, проведённые на крысах, доказали, что они по чувствительным нервным волокнам попадают в мозг. Поэтому есть мнение, что такие передовые технологии могут быть очень опасны.
Так что во всём надо знать меру. Например, британская неправительственная организация Soil Association, занимающаяся сертификацией органических продуктов, отказалась дать «добро» продовольствию, содержащему искусственно созданные наночастицы.
Запрещёнными являются материалы, если они содержат частицы размером менее 125 нанометров, а также если их средний размер составляет менее 200 нанометров.
Говорят, что частицы столь малого размера имеют принципиально иные физические и химические свойства, начиная отчасти подчиняться не классической, а квантовой физике. Но в принципе бояться не стоит: сами по себе искусственные наночастицы в организм человека не попадут.
КСТАТИ
В списке лучших вузов
ЮУрГУ попал в список лучших вузов мира. В рейтинге 500 самых продвинутых высших учебных заведений челябинский университет занял 368-е место.
С одной стороны, не самое высокое. С другой — независимое агентство «РейтОР» оценивало качество образования пятнадцати тысяч университетов. Интересно, что лидером рейтинга стал Массачусетский технологический институт США.
Российский МГУ занял пятое место, опередив и американский Гарвард, и британские Кембридж и Оксфорд.
Светлана ШЛЫКОВА. Фото Вячеслава НИКУЛИНА