Onexim Group Nano Presentation

1. НАНОТЕХНОЛОГИИ СОСТОЯНИЕ, НАПРАВЛЕНИЯ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

3. Нанотехнология имеет дело с разнообразными структурами вещества, характерный размер которых – порядка миллиардных долей метра (10 -9 м). Наноматериалы - материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых, хотя бы в одном измерении, не превышают 100 нм, и, вследствие чего, обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками. Нанотехнология - совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать объекты и материалы из отдельных атомов, молекул и компонентов с размерами от 1 до 100 нм, хотя бы в одном измерении. НАНОТЕХНОЛОГИЯ И НАНОМАТЕРИАЛЫ

4. НАНОМИР И НАНОСТРУКТУРЫ Один нанометр – это магическая точка на шкале размеров

6. Принципиально новые углеродные соединения – фуллерены , каркасные сферические многогранники, составленные из правильных пяти- и шестиугольников с атомами углерода в вершинах, были открыты в 1985 году. В 1991 году были открыты углеродные нанотрубки – макромолекулы, представляющие собой полые цилиндрические структуры длиной до сотен микрометров и диаметром около нанометра. Были получены нанотрубки разной геометрии – как однослойные (одностенные), так и многослойные (многостенные). В 2004 году появился еще один принципиально новый класс наноматериалов – сверхтонкие углеродные пленки – графены . ФУЛЛЕРЕНЫ И УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ Графен – слой атомов углерода, соединенных в шестигранную кристаллическую решетку и представляющих собой графеновую пленку толщиной всего в один атом углерода. Однослойные углеродные нанотрубки – только первая ступень в развитии наноэлектроники , а конечная будет базироваться на графене .

7. К настоящему времени установилась следующая классификация наноматериалов: нанопористые структуры (терморасширенный графит, наноструктурированный углерод, цианиты); наночастицы (частицы диаметром от 2 до 100 нм, состоящие из 10 2 -10 6 атомов); нанотрубки и нановолокна (цилиндрические образования углеродных атомов диаметром от 0,5 до 10 нм и длиной несколько мкм); нанодисперсии (коллоиды, взвесь частиц размером от 1 до 1000 нм в органических или неорганических жидкостях); наноструктурированные поверхности и пленки (плоские наноструктуры толщиной в один или несколько атомов); нанокристаллы и нанокластеры (частицы упорядоченной структуры размером от 1 до 5 нм, содержащие до 1000 атомов). НАНОМАТЕРИАЛЫ

8. НАНО-АЛЮМИНИЙ В РАКЕТНОМ ТОПЛИВЕ Порошок А I с размером зерен менее 100 нм

9. Важнейшим направлением в нанотехнологии является постоянное совершенствование методов нанопроизводства (Наноструктура, которую нельзя построить, не слишком полезна). В нанотехнологиях применяются два принципиально разных подхода к обработке вещества и созданию наноизделий и наноструктур: технологии «сверху-вниз» ( top-down) и «снизу-вверх» (bottom-up) . Подход «сверху-вниз» , т.е. обработка вещества с последовательным уменьшением размеров до требуемых (нанометровых) размеров. Наноструктура создается в объемном материале, как это принято в классических технологиях интегральных схем на основе кремния (планарная технология с использованием фотолитографии, рентгенолитографии и др.) НАНОСБОРКА Процесс формирования наноструктур по принципу «сверху-вниз» предусматривает обработку макромасштабного объекта или структуры и постепенное уменьшение их размеров, вплоть до получения изделий с нанометровыми параметрами, методами литографии и нанолитографии .

10. Технология «снизу-вверх» заключается в том, что при создании наноструктур набирают и выстраивают отдельные атомы и молекулы в упорядоченную структуру. Этот подход также осуществляется с помощью самосборки или некоторой последовательности каталитических химических реакций с участием углеродных нанотрубок, электропроводящих полимеров, биологических клеток и белковых структур. НАНОСБОРКА

11. КАЖДАЯ ИЗ УКАЗАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СОЗДАНИЯ НАНОСТРУКТУР ИМЕЕТ СВОИ ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ, ПОЭТОМУ ВЕДЕТСЯ АКТИВНЫЙ ПОИСК КОМПРОМИССНЫХ РЕШЕНИЙ НА ОСНОВЕ КОМБИНАЦИИ ЭТИХ ТЕХНОЛОГИЙ. ВСЕ ТЕХНОЛОГИИ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ МАНИПУЛЯЦИЮ ОТДЕЛЬНЫМИ АТОМАМИ, СЛИШКОМ МЕДЛЕННЫЕ И ГРОМОЗДКИЕ, ОСОБЕННО ЕСЛИ НУЖНО СОЗДАТЬ МАССИВНУЮ СТРУКТУРУ ИЛИ ДОСТАТОЧНОЕ КОЛИЧЕСТВО ИНКАПСУЛИРОВАННОГО ЛЕКАРСТВА. САМОЙ ВАЖНОЙ ИЗ ВСЕХ ТЕХНОЛОГИЙ НАНОПРОИЗВОДСТВА ЯВЛЯЕТСЯ САМОСБОРКА ИЗ-ЗА ЕЕ УНИВЕРСАЛЬНОСТИ, СПОСОБНОСТИ ПРОИЗВОДИТЬ СТРУКТУРЫ НА РАЗЛИЧНЫХ МАСШТАБАХ ДЛИНЫ И НИЗКОЙ СТОИМОСТИ. ПРОБЛЕМА БОЛЬШИНСТВА ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ СБОРКЕ НАНОСТРУКТУР ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В ТОМ, ЧТО ОНИ ОЧЕНЬ НАПОМИНАЮТ РУЧНУЮ РАБОТУ. НАНОСБОРКА

13. КЛАССИФИКАЦИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ ПО СТЕПЕНИ СЛОЖНОСТИ НАНООБЪЕКТОВ Самовоспроизводящиеся нанороботы Развитые трехмерные структуры, обладающие способностью к самовоспроизведению Манипуляции с ДНК, биомолекулярные компьютеры, наномашины Развитые трехмерные структуры, не обладающие способностью к самовоспроизведению или саморепликации Поверхностные лазеры с вертикальным резонатором ( VSCEL ) Многослойные покрытия, получаемые различными методиками Новейшие микроэлектронные устройства, наномеханические устройства Поверхностные структуры с незначительной глубиной Информационные молекулы ДНК и др. Линейные цепочки Кристаллизованные белки, трехмерные устройства молекулярной записи информации Трехмерные периодические и случайные образования Магнитные запоминающие устройства Трехмерные слоистые структуры Алмазные пленки на разнообразных поверхностях, многослойные покрытия в молекулярной электронике, защитные покрытия, солнечные батареи Простые слои и покрытия нанометрической толщины Углеродные нанотрубки Нанотрубки, нанопроволоки Краски, косметические кремы Нанопорошки, наночастицы в растворе Конкретные примеры Класс объектов

14. КЛАССИФИКАЦИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ ПО ПРИНАДЛЕЖНОСТИ К РАЗЛИЧНЫМ НАУКАМ Получение наночастиц с нанесенными на их поверхность антигенами/антителами/участками ДНК Использование наночастиц для оптической сигнализации о состоянии органов и тканей Применение магнитных наночастиц для выделения и нагрева отдельных участков тканей Преодоление иммунного барьера организма за счет переноса препаратов на наночастицах Создание и использование ДНК-чипов Создание биосовместимых материалов и веществ Использование имплантантов для контроля состояния организма и дозированного ввода препаратов Создание и применение электродов, обеспечивающих контакт с мозгом и нервной системой Медицина Анализ биомолекул и клеточных процессов. Биоминерализация. Биологические моторы и биокомпьютеры Биология Литография с использованием оптических, электронных и ионных пучков Многослойные магнитные датчики Запись информации с помощью механических микрозондов Использование нанотрубок в качестве переключателей, проводников и т.п. Электроника Частицы, покрытия, пористые материалы, дендримерные молекулы, нановолокнистые композиты, структуры на основе ДНК Химия/Материаловедение Аналитические и механические приборы и устройства Сканирующие зондовые микроскопы Оптические микроскопы ближнего поля; оптические «щипцы» Электронные, магнитные, оптические свойства наноструктур Наномеханика Самоорганизация структур и объектов Физика

15. ОСНОВНЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ 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

16. Внедрение нанотехнологий в экономику не может быть основано просто на использовании достижений фундаментальной науки. Оно должно быть связано с активным и плодотворным сотрудничеством между бизнесом, промышленностью, наукой и государством. С целью получения максимального экономического эффекта от результатов исследований и разработок в области нанотехнологий, очень важно обеспечить своевременный их перевод в инновационную продукцию. Среди разнообразных научно-технических достижений и перспективных идей в области нанотехнологий необходимо уже на начальной стадии исследований и разработок тщательно отобрать те, которые можно достаточно быстро внедрить в промышленное производство и продвинуть на рынок. Сделать их приоритетными и поддержать серьезными фундаментальными исследованиями. Задача заключается не в том, чтобы построить бизнес, подходящий для нанотехнологий, а в том, чтобы создать нанотехнологии, подходящие для бизнеса. ФОРМИРОВАНИЕ РЫНКА НАНОТЕХНОЛОГИЙ