Определения и классификаторы нанотехнологий

В обзоре под названием «Опись доступности нанотехнологических индикаторов и статистики в странах OECD» [3.46, 3.47] приведены определения нанотехнологии, используемые в 13 странах.

Целесообразно включать в определение нанотехнологий именно качественную и количественную новизну эффекта их применения. Более полное определение нанотехнологии используется в Италии: «Нанотехнология - это изучение явлений и манипуляция веществом на атомном, молекулярном и макромолекулярном масштабах, где его свойства значительно отличаются от тех, что наблюдаются на больших шкалах. Это конструирование, характеристика, производство и применение структур, приборов и систем путем контроля формы и размера на нанометровой шкале».

В обзорах [3.49 - 3.54] упомянуты нижеизложенные определения нанотехнологий и описания различных типов производимых наноматериалов, наноинструментов и наноустройств.

Нанонаукой называют изучение феномена и манипуляции материалов на атомном, молекулярном и макромолекулярном уровнях, при которых свойства материалов значительно изменяются по сравнению с их свойствами на более крупном уровне.

Нанотехнологии включают в себя конструирование, характеристики, производство и применение структур, устройств и систем путем управления формой и размерами на нанометровом уровне. Кроме того, это - манипулирование, прецизионное размещение, изменение, моделирование или производство материалов в масштабах до 100 нм.

Наноматериалы: материалы, обладающие одним или большим числом компонентов, по крайней мере, одно измерение которых находится в пределах от 1 до 100 нм, и к числу которых относятся наночастицы, нановолокна, нанотрубки, композитные материалы и наноструктурированные поверхности. Сюда же относятся наночастицы, являющиеся подгруппой наноматериалов, которые в настоящее время консенсусом определяются как отдельные частицы, имеющие диаметр lt; 100 нм. Агломераты наночастиц могут быть крупнее 100 нм в диаметре, но будут включены в обсуждение, поскольку они могут распадаться при воздействии слабых механических сил или растворителей. Нановолокна относятся к подклассу двухразмерных наночастиц (включая нанотрубки) lt; 100 нм, однако третий (осевой) размер может быть значительно больше.

Другой вариант определения наноматериалов: - это материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками.

Наноинструменты: инструменты и методы синтезирования наноматериалов, манипулирования атомами и формирования структур устройств, а также, что очень важно, измерение и характеризация материалов и устройств на нанометровом уровне.

Наноустройства: устройства на нанометровом уровне, играющие в настоящее время важную роль в микроэлектронике и оптоэлектронике, а также при взаимодействии с биотехнологическими методами, цель которых - имитировать действие биологических систем, такие как клеточные моторы.

В ряде европейских стран используется определение наноинженерия (от английского Nanotechnological engineering - Nanoengineering) - междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, предметом которой являются исследования, проектирование и совершенствование методов разработки, производства и применения интегрированных систем, основанных на законах и принципах нанотехнологий и микросистемной техники.

Приведем в качестве репрезентативного наиболее обширный набор нанотехнологий из их списочного определения, принятого в Австралии [3.46]:

Проблема классификации и стандартизации нанотехнологий и нанопродуктов в немалой степени связана с тем, что предполагаемые возможности нанотехнологий охватывают чрезвычайно широкий класс наук и имеют много аспектов развития. Их можно классифицировать по нескольким признакам и особенностям: по степени сложности создаваемых структур; по принадлежности к различным наукам; по методам производства; по предполагаемым применениям; по временной шкале прогнозируемого внедрения и др.

В табл. 3.1 в качестве примера приведена классификация нанотехнологий по степени сложности нанообъектов.

Классификация нанотехнологий по степени сложности

нанообъектов и их применению

Таблица 3.1

При описании производства наноматериалов вводят классификацию по основным производственным процессам их получения: 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; управляемое создание наноструктуры в объеме материала.

Ниже представлены перечни классификаторов по нанотехнологиям, используемые различными организациями и целевыми программами как в Российской Федерации, так и за рубежом. В Федеральной целевой программе по развитию инфраструктуры нанотехнологий [3.28]: наноэлектроника; наноинженерия; функциональные наноматериалы и высокочистые вещества; функциональные наноматериалы для энергетики; функциональные наноматериалы для космической техники; нанобиотехнологии; конструкционные наноматериалы; композитные наноматериалы; нанотехнологии для систем безопасности. В серии публикаций академика Ж.И. Алфёрова дается следующая классификация наноматериалов [3.55]: полупроводниковые наноструктуры; магнитные наноструктуры; двумерные многослойные структуры из пленок нанометровой толщины; молекулярные наноструктуры; фуллереноподобные материалы; конструкционные наноматериалы.

В состав наноэлектроники авторы [3.55] включают нано- и микроэлектромеханику и диагностику наноструктур. Классификатор направлений развития нанотехнологий «8+» компании «Science Global Management» (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Классификатор нанотехнологий «8+» (2008 г.).

Источник: Ihttn://sgmlab.ru/class81

Один из вариантов классификации наноматериалов представлен на рис. 3.6. В перечень направлений развития нанотехнологий в Японии до 2010 г. входят (в скобках приведен объем финансирования в млрд долл.): сети и наноприборы (Network and Nano Device, $170-200 bl); Окружающая наносреда и наноэнергетика (Nano Evironment and Energy, $9-17 bl); нанометрология и нанооборудование (Nanometrology and Manafacturing, $8-22 bl); инновационные наноматериалы (Innovation Materials, $6-14 bl); нанобионика (Nano Bionic, $6-8).

В перечень направлений развития нанотехнологий в США (NNI до 2015 г.) входят: применения нанотехнологий для контроля окружающей среды (Nanotechnology Applications for Measurement in the Environment); получение стабильных материалов и ресурсов (Nanotechnology Applications for Sustainable Materials and Resources); разработка устойчивых производственных процессов (Nanotechnology Applications for Sustainable Manufacturing Processes); вовлечение нанотехнологий в естественные и глобальные процессы (Nanotechnology Implications in Natural and Global Processes). В перечень направлений развития нанотехнологий в Евросоюзе (Отчет для Еврокомиссии 2007 г.) входят: наноматериалы (nanomaterials); вторичные наноструктуры (lateral nanostructures); нанобиотехнологии (nanobiotechnologies); наногинструменты (nanotools); нанооборудование (nanodevices); наноэлектроника (nanoelectronics); наномодифицированные продукты (nano enabled products). В перечень направлений развития нанотехнологий в Китае входят: углеродные нанотрубки и другие наноматериалы (Carbon nanotubes and other nanomatireals); манипуляции отдельными атомами (Manipulation of single atoms); молекулярная электроника (Molecular electronics); поверхности и межфазные границы (Surface and interfaces).

По применению нанотехнологической продукции в Китае различают: наноэлектроника (Nano-electronics); нанобиотехнологии (Nano-biotechnology); нановлияние на окружвющую среду (Nano-environment); наноэнергетика (Nano-energy); наноматериалы (Nano-matirials); нанодиагностирующее оборудование (Nano-detection instruments).

Как видно, полного единства в классификации нанотехнологий и нанопродуктов пока не наблюдается. Отчасти это связано с национальными приоритетами в направлениях наноисследований. В конце 2005 г. Международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization - ISO) создала новый технический комитет ISO/TC 229 «Нанотехнологии» [3.56, 3.57]. На сегодняшний день в состав ISO входят 157 стран своими национальными организациями по стандартизации, т.е. стандарты ISO теперь получили признание в 98 % стран. Россию представляет Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. Комитет «Нанотехнологии» был организован под председательством Британского института стандартов, целью его является разработка международных стандартов для нанотехнологий. Среди первоочередных задач ISO/TC 229 значится стандартизация в области терминологии, определений и номенклатуры. Комитет считает, что первым шагом в обеспечении обмена информацией и кооперации в области нанотехнологии является достижение согласованности по терминологии. Это окажет положительное влияние на принятие решений по патентам, исследования в области патентования, а также на другие права интеллектуальной собственности и их коммерческие применения.

В рамках ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008 - 2010 гг.» создана «Карта областей измерительных и нормативно-методических потребностей развития инфраструктуры национальной нанотехнологической сети» [3.58], где представлена наиболее полная классификация нанотехнологий и нанопродуктов. В рамках Госкорпорации «Роснано» создана Система добровольной сертификации продукции наноиндустрии «На- носертифика» (по направлениям наноматериалов и наносистем), которая опубликовала извещение о проведении процедуры признания компетентности испытательных лабораторий (центров) и метрологических центров в целях выполнения работ по сертификационным испытаниям, где дан подробный перечень свойств наноматериалов и методов контроля их свойств [3.59]. В ряде работ дается обоснование классификации отраслей наук в области нанотехнологий [3.60].