<<
>>

Проблемы организации промышленного производства

В сущности, наноструктурные материалы и наночастицы уже давно производятся и используются в различных промышленных производствах (нанопористые фильтры, материалы для фотографии, полистирольные шарики для электронной микроскопии и многое другое).

Нанометровые размеры многих промышленно выпускаемых материалов и частиц играют важнейшую роль в их использовании, но само применение наноматериалов в практических целях (как уже отмечалось выше) не является чем-то принципиально новым или необычным. Строго говоря, истинную значимость НТ (для промышленности и общества вообще) скорее можно усмотреть в новых перспективах, функциональных возможностях и методиках, описанных выше в главах 4 и 5.

Говоря о возможностях промышленного производства, разумеется, следует проводить четкую грань между современным состоянием развития НТ и прогнозами, относящимися к ближайшей, более далекой и долгосрочной перспективе. Решающим для организации любого промышленного производства является наличие препаративных и аналитических методов, позволяющих создавать те или иные компоненты или материалы в достаточном количестве, а также, конечно, обеспечивать необходимую точность воспроизведения в заданном интервале параметров. Поэтому неудивительно, что современная нанотехнология во многом базируется на методах, материалах и стратегиях, которые уже давно известны, хотя, конечно, некоторые методики (особенно, относящиеся к связям между размерами объектов и их свойствами) были существенно развиты и усовершенствованы. Примером бурного развития нанотехнологии может служить наблюдающийся в последние годы постоянный рост объема производства порошков окиси титана (используемых в косметической промышленности, например в средствах защиты кожи от солнца) новых фармацевтических препаратов в виде гормонов на основе специальных носителей и т. п. Даже если методы изготовления и используемые в производстве материалы не могут считаться специфически новыми, инновационный характер технологических решений в новых производствах часто возникает просто благодаря целенаправленному использованию новых явлений, непосредственно связанных с наноструктурами.

Еще одним нестандартным примером применения новых технологий могут служить исследования в области так называемого гипертермического воздействия на раковые опухоли, при котором используются наночастицы окиси железа, подвергаемые воздействию магнитного поля. Гипертермия, собственно говоря, вовсе не относится к новым медицинским методикам (как, впрочем, и используемые для нее наночастицы оксидов и методы их синтеза, давно известные в физике и химии). Речь идет о том, что возникший на основе комбинации всех этих методик подход можно смело отнести к инновационным, поскольку он позволяет совершенно по-новому использовать давно известные вещества и процессы. Новое знание (и возможности

его применения) возникает в данном случае лишь на основе новых представлений о процессах перемагничивания малых частиц окиси железа, а также выработки новых биологических стратегий, стимулирующих накопление требуемых частиц внутри опухоли.

Промышленный аспект НТ представлен сегодня в значительной мере в функциональных возможностях поверхностей материалов. Уже давно возник термин «эффект лотоса» для обозначения свойств поверхностей с очень высокими специфическими характеристиками нанокомпозиционных материалов с минимальными включениями углеродных наночастиц (например, нанобетонов с углеродными нанотрубками). Такие поверхности (существующие в природе) практически не смачиваются и одновременно обладают целым рядом других интересных свойств (бактерицидность, отсутствие реакции на отпечатки пальцев, повышенная твердость и т. д.), что позволяет исследователям придавать им дополнительные свойства и функциональные характеристики за счет новых методов обработки. Еще одним примером такого подхода может служить осаждение частиц серебра в различных вариантах. Бактерицидное действие серебра известно с давних пор, но инновационный характер применения НТ заключается в том, что наночастицы серебра могут быть использованы в форме новых комбинированных материалов, в которых соединение отдельных составляющих (каждая из которых является известной) вдруг приводит к формированию поверхностей с неожиданными функциональными свойствами.

К этой же категории материалов следует отнести краски и лаки с новыми оптическими и физическими свойствами (гидрофобные, грязеотталкивающие покрытия и т. п.), а также некоторые новые типы нанопокрытий для текстильных изделий.

По отношению к более ранним методам изготовления всех этих разнообразных материалов (от рубиновых стекол до фотоматериалов, в которых наноразмерные вещества или структуры использовались очень давно) существенным фактором выступает именно целенаправленное использование взаимосвязи между величинами и свойствами для достижения большой эффективности при заданных технических условиях. Возможно, именно осознанное развитие стандартных технологий в сторону уменьшения масштабов и отличает то, что мы хотим называть нанотехнологией, от стандартного и интуитивного использования веществ, имеющих нанометровые размеры. Стандартные технологии изготовления наноматериалов (без использования соответствующей терминологии, научной базы и даже представления о НТ) существовали с давних времен, но сейчас они получают новый импульс для развития на основе новейших научных достижений.

Разумеется, гораздо сложнее выглядит ситуация с производством не материалов, а отдельных наноразмерных объектов и структур, поскольку современные подходы базируются, в основном, на создании планарных элементов микроэлектроники и ограничиваются комбинацией известных методов с необычными материалами или на создании поверхностей с новыми функциональными особенностями. Революционный прорыв может быть связан, например, лишь с созданием необычных электронных компонентов из отдельных молекул, причем по технологии, которая, возможно, уже давно как-то применяется в промышленном производстве. Читатель должен четко представлять себе, что многие квантово-физические явления уже очень давно и очень эффективно используются в электронике и радиофизике. Сказанное относится, например, к лазерам, множеству полупроводниковых устройств (действие которых основано на квантовой теории, описывающей электронную зонную структуру веществ) и даже к кабелям или генераторам из сверхпроводящих компонентов.

Во всех этих случаях нанотехнология (в узком смысле) подразумевает намеренное использование свойств, вытекающих из наноразмеров используемых элементов. Другими словами, мы должны отличать действительно «новые» технологии от просто инновационных, исходя из принципов действия и используемых методов.

В электронике наиболее перспективным нанотехнологическим продуктом общего назначения (практически готовым к внедрению в массовое производство) являются, по-видимому, так называемые туннельно-магнитные резисторы, представляющие, по существу, простую комбинацию из двух ферромагнитных слоев, разделенных слоем изолятора (барьером) толщиной около нанометра. При подаче напряжения на внешние слои часть электронов из этих слоев начинает «проскакивать» через изолирующий слой благодаря квантовому туннельному эффекту. Характерной особенностью новых устройств является то, что величина возникающего туннельного электрического тока может достаточно эффективно регулироваться напряженностью прилагаемого внешнего магнитного поля, В связи со сказанным следует отметить, что изолирующие слои новых устройств получают стандартными техническими приемами микроэлектроники, а туннельный эффект экспериментально и теоретически изучается физиками уже десятки лет, задолго до первого упоминания о НТ. Инновация в данном случае связана с тем, что технологи научились анализировать, контролировать и изготовлять слоистые системы из ферромагнетиков нанометрового размера, и одновременно измерять с очень высокой точностью характеристики электронных транспортных потоков (магнитное туннельное сопротивление) в зависимости от приложенного магнитного поля и условий среды. Комбинация этих достижений и позволяет создать устройства нового типа, имеющие огромные перспективы коммерческого использования в различных областях информационных технологий, в датчиках новых типов и т. п. Этот пример наглядно показывает, что развитие и внедрение НТ может и должно сегодня базироваться, скорее, не на фантастических открытиях, а на существенном усовершенствовании и комбинировании методик и технологий, некоторые из которых известны уже десятилетия.

В будущем можно ожидать развития абсолютно новых методических и технических подходов в области так называемой наносистемной техники (наноэлектромеханические устройства, НЭМС), которые могут иметь важное промышленное значение. По-видимому, решающую роль при этом будут играть методики типа снизу - вверх, поскольку они допускают массовое производство многих ключевых компонентов (например, фуллеренов, полимеров, супрамолекулярных структур и т. п.), которые можно будет комбинировать с другими компонентами, создавая единые и сложные структуры. Интересно отметить, что «объединение» этих наноустройств с макроскопическим окружением, возможно, будет осуществляться с использованием противоположного подхода (то есть типа сверху - вниз). Решающим моментом в организации промышленного производства наноструктур и наноматериалов может оказаться именно обнаружение оптимальной стратегии синтеза за счет удачного комбинирования технологических процессов типа сверху - вниз и снизу - вверх.

Выводы: Нанотехнологические производства сегодня, по существу, основаны на свойствах наноматериалов и технологических подходах, известных уже десятилетиями. Инновационный аспект сейчас заключается в целенаправленной разработке стандартных методов с целью получения новых эксплуатационных характеристик, причем решающую роль в этом играют новые комбинации методов и материалов (например, сочетание микроэлектронных и биохимических технологий). В будущем могут возникнуть и новые методы промышленного производства, особенно связанные с синтезом супрамолекулярных материалов и объектов. В области производства нанокомпонентов стоит отметить важную роль комбинирования стратегий, то есть поиска соответствий между технологиями и их разумным «перемешиванием» или сочетанием.

<< | >>
Источник: Хартманн У.. Очарование нанотехнологии. 2008

Еще по теме Проблемы организации промышленного производства:

  1. ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКОНОМИКИ И ВЕЛИКИЕ РЕФОРМЫ
  2. ПРОМЫШЛЕННЫЙ КАПИТАЛИЗМ
  3. Проблемы деятельности и контроля
  4. Охват индексом ФРУ промышленного производства США.
  5. Структурная организация библиотечных систем 7.4.1. Ведомственно-отраслевые библиотечные объединения
  6. § 4.3. ИНТЕГРАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА И КОНЦЕНТРАЦИЯ КАПИТАЛА
  7. ТЕМА 6.Российская империя на пути к индустриальному обществу. Особенности промышленного переворота в России. Общественная мысль и общественные движения в России в XIX в.
  8. Экономика: проблемы, проблемы...
  9. Урбанизация и проблема «население — — окружающая среда»
  10. Глава 19 ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ТРАНСФЕРТАТЕХНОЛОГИИ И МИГРАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА
  11. Глава 5 ПРОМЫШЛЕННОСТЬ: ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И ТЕРРИТОРИАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ
  12. ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИЕ ОТРАСЛИ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА