<<
>>

Точная механика и оптика

Производство приборов точной механики и оптики относится к важнейшим отраслям промышленности Германии. Ее годовой товарооборот составляет около 31 миллиарда евро, причем в структуре отрасли преобладают предприятия мелкого и среднего бизнеса (около 2500 фирм с числом сотрудников около 216 000).

К этой отрасли относятся многие высокотехнологические производства, включая выпуск лазерной, лабораторной, фототехнической и медицинской аппаратуры. Производство обладает очень высоким потенциалом развития и внедрения инновационных технологий, особенно в области новейших оптических технологий, традиционно успешно занимается экспортом (более 50% товарооборота), а занятые в нем фирмы проявляют активную инновационную динамику (в 2003 году на исследования и разработки было потрачено примерно 9% товарооборота).

Можно ожидать, что ключевую роль в 21 веке будут иметь оптические технологии, поскольку они будут связаны не только с коммуникациями и информационными технологиями, но и с медициной, генными технологиями, транспортом, производственными процессами и т. д. Стоит особо отметить, что оптические устройства, несмотря на свою небольшую стоимость, часто играют ключевую роль во многих технологиях, приборах и устройствах (примером чего могут служить известные CD и DVD устройства). Соответствующие технологии были созданы лишь после того, как удалось организовать производство недорогих полупроводниковых лазеров. В 2002 году было продано более 250 миллионов дисков CD и DVD, причем эксперты предсказывают дальнейший рост продаж, особенно после организации коммерческого выпуска так называемых синих лазеров, существенно повышающих возможности носителей.

Использование оптических устройств играет огромную роль в фармацевтической и химической промышленности. Дело в том, что в наше время разработка нового лечебного препарата занимает в среднем 10-15 лет и требует расходов в миллионы долларов.

Эти расходы объясняются необходимостью проведения длительных и сложных исследований, но создаваемые НТ возможности сканирования и изучения веществ с использованием оптически регистрируемых биомаркеров позволяют уже сегодня осуществлять тестирование миллионов веществ за несколько дней при минимальном расходе реагентов. Такими методами уже широко пользуются специалисты в так называемой комбинаторной химии, а широкое внедрение высокопроизводительных методик исследования должно привести к существенному снижению расходов на разработку и тестирование новых химических и фармакологических продуктов.

Завершая обсуждение проблем оптики, следует отметить, что свет стал очень важным «инструментом» в обрабатывающих технологиях, так как лазеры уже стали применяться не

только для сверления, резания и сварки, но и для гораздо более сложных операций, например в оптической литографии для изготовления микроэлектронных компонентов. Каковы возможности нанотехнологических инновации в сфере оптической промышленности? Любая оптическая система состоит, вообще говоря, из источников света, некоторой комбинации элементов, воспринимающих и преобразующих оптические сигналы, В области НТ наибольшего внимания в самом ближайшем будущем заслуживают следующие подходы. Прежде всего, следует выделить усиленно разрабатываемые в последние годы органические светодиоды (OLED), действие которых основано на электролюминесценции полимерных полупроводников. Эти устройства обладают целым рядом существенных преимуществ по сравнению с привычными светодиодами из неорганических полупроводников: OLED позволяют получать излучение практически всех цветов за счет варьирования химического состава полимеров;

• gt; _ эти тонкослойные оптические системы являются гибкими и их можно наносить на большие по площади участки поверхности сложной формы; новые светодиоды в коммерческом производстве должны быть очень недорогими.

В продаже уже имеются дисплеи на OLED, товарооборот которых в 2002 году составил 80 миллионов долларов, причем ожидается, что к 2008 году он достигнет 2,3 миллиардов долларов.

Уже имеются опытные образцы более крупных мониторов, а примерно к 2010 году в продажу поступят и телевизоры на основе OLED. Эксперты полагают, что инновационные осветительные технологии на основе OLED в будущем полностью вытеснят привычные всем бытовые электролампы и люминесцентные источники света, так как в некоторых диапазонах цветов новые устройства уже сегодня значительно эффективнее всех других источников света. В далекой перспективе можно представить себе выпуск электронных газет с использованием плоских и гибких листов из новых материалов.

Диоды OLED следует рассматривать в качестве образца нового направления технологии (полимерной электроники), в основе которой лежит внедрение проводящих и полупроводниковых полимеров. Такие материалы сочетают в себе ценные характеристики различных металлов и полупроводников (электропроводность, необычные электрооптические свойства, фотоэлектрическая эмиссия и т. п.) с важными дополнительными преимуществами, характерными для полимеров (низкий удельный вес, возможность легкой модификации свойств, удобства в обработке, низкая стоимость). В области полимерной электроники могут широко применяться методы печати (трафаретная печать, струйная печать) для нанесения на поверхность составов, отдельных структур или даже целых схем. Нанотехнологические аспекты новой отрасли охватывают как регулирование структуры полимеров на нанометровом уровне, так и контроль состояния поверхности.

Фотоэлектронные и фоточувствительные соединения и компоненты играют исключительную роль в развитии литографических методов микроэлектроники. Воздействие света в рамках проекционной фотолитографии осуществляется за счет использования разнообразных масок, линз и зеркал. Ожидается, что уже в ближайшее время поколение электронных чипов будет производиться с использованием лазеров на основе монокрис- таллического фторида кальция (CaF2) с длиной волны излучения 157 нм, что значительно ниже предельной длины, используемой в настоящее время (около 193 нм).

Дальнейший прогресс в этом направлении связан с применением излучения в области EUV (11-13 нм), где уже нельзя использовать гибкие линзы, а проекция излучения должна осуществляться на основе зеркал и масок (так называемых рефлекторов Брэгга), состоящих из множества слоев с наноразмерной толщиной. Такая технология, промышленное внедрение которой должно произойти к 2010 году, позволит формировать элементы размером около 35 нм. Ее можно привести в качестве примера положительной обратной связи для развития НТ вообще, так как в этой методике НТ помогает осуществлять контроль шероховатости поверхности и толщины слоев образуемого материала. Метод EUV-литографии считается весьма перспективным и важным.

Изменение свойств материала под воздействием света характерно и для некоторых других материалов. Например, сейчас разрабатываются функциональные покрытия стеклянных поверхностей, позволяющие регулировать (или даже обеспечить саморегулирование) процессы передачи и переключения света. В качестве другого известного примера таких материалов можно указать фотопроводящие полимеры и многие другие перспективные вещества, некоторые из которых сейчас изучаются с целью практического применения.

Способность регистрировать световое излучение играет огромную роль при создании биочипов, в которых биологические молекулы или структуры маркируются флуоресцирующими красителями или частицами. Естественно, что такие разработки относятся к НТ, поскольку в любых применениях необходимо создавать наноразмерные слои и частицы, а затем и комбинировать из них новые типы датчиков. В области точной механики НТ приобретает все большее значение в связи с разработкой микроскопических приводных устройств (актуаторов) и датчиков самых разных типов. Приводные устройства на основе пьезоэлементов становятся очень важными и широко используемыми элементами наноустройств, позволяющими последним осуществлять движения с нанометровой точностью за счет использования обратного пьезоэффекта. Уже сейчас такие методики позволяют управлять, например, системами сверхточного дозирования жидких компонентов (с чувствительностью порядка 10“12 пиколитров), что имеет важное значение для создания новых систем струйной печати, дозирования медицинских препаратов, нагнетательных элементов в нанодвигателях и т.

п. Точные дозировки смесей очень важны для технологий склеивания элементов НТ, а также в новейших областях биотехнологии, исследовании гормонов и комбинаторной химии.

Как уже упоминалось выше, многие нанотехнологические исследования и разработки начались с применения сканирующих зондовых методик, позволяющих анализировать структуры и даже манипулировать веществом на уровне отдельных атомов. Напомню, что все эти методы, сохраняющие огромную значимость для развития НТ вообще и находящие все более широкие применения (вплоть до прямого контроля качества в нанотехнологических промышленных производствах), не могли бы развиться без использования сверхточных пьезоэлектрических приводных устройств.

Сканирующие зондовые методы продолжают оставаться важным инструментом исследований, разработок и контроля во многих НТ, но в последние годы возникают совершенно новые варианты их применения, в частности, очень часто разработчики стали применять одновременно большое число зондов, например, для обработки сложных поверхностей с атомарной точностью. Одновременное или параллельное использование зондов (рассматриваемых именно в качестве устройств, относящихся к точной механике) открывает множество абсолютно

новых сфер их внедрения, особенно в информационных технологиях (Vettinger и др., 2003) и сенсорной технике (Kohl, 2003).

Выводы: Нанотехнологические методы уже сейчас представляют большую важность для оптической промышленности, особенно в производстве светочувствительных или излучающих элементов. В настоящее время наиболее перспективной сферой применения таких устройств выступают полупроводниковые светоизлучающие диоды OLED, обладающие оптической функциональностью материалы и новейшие методы литографии (DUV и EUV). В области точной механики большую роль играют пьезоэлектрические приводные элементы и механические датчики. 

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

Еще по теме Точная механика и оптика:

  1. 13.3. Внешние экономические связи России
  2. 5. ВНЕШНИЙ И ВНУТРЕННИЙ ОПЫТ. ПРОСТЫЕ ИДЕИ
  3. Индексы оптовых цен ФРГ
  4. Наука и культура
  5. И. Д. РОЖАНСКИЙ ФИЗИЧЕСКИЕ ВОЗЗРЕНИЯ ПЛУТАРХА
  6. Жан Лерон Д’Аламбер (1717-1783) - французский математик и механик.
  7. Приложение 6
  8. Глава 9   Пьяный вандал
  9. «Парадоксы» квантовой механики
  10. Принципиальная простота
  11. Сущность техники
  12. Глава 4. ЕВРОПЕЙСКАЯ ФИЛОСОФИЯ XVII—XVIII ВВ.
  13. Структура теоретического знания.
  14. МЕХАНИКА НА СРЕДНЕВЕКОВОМ ВОСТОКЕ
  15. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЗАКОНА ТЯГОТЕНИЯ
  16. ТРУДЫ ЭЙЛЕРА ПО МЕХАНИКЕ ТОЧКИИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
  17. ПОНЯТИЯ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИВ ОЦЕНКЕ ЭЙНШТЕЙНА
  18. Точная механика и оптика