ИНТЕГРАЦИЯ ДЛЯ РАЗВИТИЯ
НАНОТЕХНОЛОГИЙ
С момента появления Федеральной программы по нанотехнологиям прошло менее трех лет, однако широкая реклама и достаточно внушительное финансирование сделали свое дело. Сегодня нанотехнологии у всех на слуху, и чуть не каждый второй ими «давно занимался».
В.Я. Рудяк, д.ф.-м.н. профессор,
председатель Оргкомитета ФОМН’2010
Между тем еще три года тому назад слово «нанотехнологии» в России было мало кому знакомо, а МЭМС-технологии (МЭМС — микроэлектромеханические системы), из которых собственно нанотехнологии и выросли, малоизвестны и сегодня.
В мире же МЭМС- и нанотехнологии не просто давно развиваются. Они превратились уже в межотраслевой бизнес с очень заметным оборотом. Одновременно весьма успешно ведутся фундаментальные исследования с нановектором. Достаточно сказать, что в 2008 году издательство «Springer» выпустило трехтомную энциклопедию, посвященную этому достаточно частному вопросу: «Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics». Как всегда, Россия включается в гонку позднее, чем должна была бы.
Есть еще одно чрезвычайно важное обстоятельство. Созданная в середине 2007 года госкорпорация «Роснано» призвана развивать и внедрять в производство перспективные нанотехнологии. Поскольку целью является закрепление в соответствующем сегменте формирующегося мирового рынка, то внедрение должно происходить очень быстро. Такая целевая функция не предполагает параллельного развития в данной предметной области научных исследований. «Роснано» их и не финансирует (за исключением небольших инфраструктурных проектов). Вместе с тем, совершенно очевидно, что проведение массовых фундаментальных и поисковых исследований физики, химии и механики нано- и микросистем совершенно необходимо, иначе отставание в этой области науки будет только увеличиваться.
Предметная область, связанная с МЭМС- и нанотехнологиями, объединяет большое число отраслей знания и огромное число научных направлений. Замечательной их особенностью является то, что традиционные подходы здесь часто не работают. Нужны новые идеи. И в этом смысле сегодняшнее отставание не так драматично. Но для быстрого продвижения необходима интеграция и постоянный активный обмен мнениями. С этой целью в апреле прошлого года состоялся семинар. Он был организован нашей группой, которая активно занимается на протяжении последних пятнадцати лет изучением процессов переноса в наножидкостях и микротечений. В течение последних четырех лет эти исследования проводятся совместно тремя группами из ИТ СО РАН, ИХКиГ СО РАН и СФУ.
В течение двух дней на первом семинаре в 2009 году было заслушано чуть больше тридцати докладов. Тем не менее, мероприятие имело немалый резонанс, тезисы запросили все центральные научно-технические библиотеки страны. Оно оказалось чрезвычайно интересным и участникам. По этой причине было принято решение провести в этом году вторую сессию семинара, которая состоялась в начале апреля в НГАСУ(Сибстрин). Тематика включала следующие разделы: фундаментальные проблемы МЭМС- и нанотехнологий; гидродинамические и теплофизические проблемы в МЭМС- и нанотехнологиях; процессы переноса в наножидкостях; процессы переноса в микроканалах.
Ещё одна новая секция была связана с изучением процессов переноса и фильтрации в пористых средах. Пористые среды давно находятся под пристальным вниманием исследователей. Связано это с их широким распространением. И сегодня одним из самых загадочных и всё ещё не описанных явлений природы является процесс переноса питательных веществ в деревьях от корня к кроне. Столь же трудно описать процессы, происходящие в кровеносной и дыхательной системах живых организмов и человека, в частности. Пористые среды — носители углеводородного сырья, являющегося важнейшей составляющей основы современной цивилизации. Они широко используются и в различных технологических приложениях: в катализе, при создании летательной и космической техники, в теплообменных и теплоэнергетических установках и т.д. Характерный размер пор, с которыми приходится иметь дело во всех перечисленных примерах, колеблется от миллиметров до микрометров и нанометров. Таким образом, данная тематика естественным образом попала в сферу интересов семинара.
В работе приняло участие более ста научных сотрудников из 15 организаций пяти городов страны. Высокий квалификационный уровень участников cеминара (академиков РАН — 1, чл.-корр. РАН — 2, докторов наук — 28,
кандидатов наук — 39) предопределил успешность его проведения. Вместе с тем следует отметить активное участие молодежи, в том числе аспирантов (11) и студентов (7). Чтобы поощрить их участие, был проведен специальный конкурс на лучший доклад. Заявки на конкурс подали 22 молодых сотрудника. Диплом 1-й степени присужден С. В. Валиулину (ИХКиГ СО РАН), диплом 2-й степени — Д. А. Иванову (НГАСУ), диплом 3-й степени — А. В. Бильскому (ИТ СО РАН).
Всего на семинаре было заслушано около семидесяти докладов. Среди наиболее интересных выступлений хочется выделить прежде всего посвященные разработке нового экспериментального инструментария для исследования микротечений. Это доклады В. М. Анискина, К. В. Адаменко «Экспериментальное определение коэффициента гидравлического сопротивления криволинейного микроканала» и
А. В. Бильского, М. П. Токарева и
А. А. Ягодницына «Метод цифровой трассерной визуализации микронного разрешения для измерения полей скорости в микроканалах». Новые интересные результаты были получены при изучении микроструй (Ю. А. Литвиненко, Г. Р. Грек, Г. В. Козлов,
М. В. Литвиненко «Управление развитием круглой микроструи при помощи акустического поля»), структуры жидкости в микроканалах (В. Я. Рудяк, А. А. Белкин, Д. А. Иванов, В. В. Егоров «О структуре жидкости в наноканале»).
Около половины всех работ было связано с изучением различных наносистем. Методам генерации наночастиц были посвящены выступления С. Н. Дубцова («Фотохимические методы генерации наночастиц»), А. В. Зайковского и
С. А. Новопашина («Электродуговой синтез наночастиц карбида вольфрама»). Егеревым С. В. сделан обзор лазерно-акустических методов обнаружения нано- и микрочастиц в разбавленных суспензиях биомедицинского характера.
Исследования, проведенные в последнее десятилетие в США, Японии, Южной Корее, Китае, Австралии и некоторых других странах показали, что эффективность различных теплообменных устройств с наножидкостями оказывается несопоставимой с устройствами, где используются обычные теплоносители. Практическая мотивация получения высокотеплопроводящих жидкостей привела к тому, что несколько десятков групп на разных континентах активно заняты изучением теплопроводности наножидкостей. Полученные результаты, однако, оказываются весьма противоречивыми. В работе
В. Я. Рудяка, А. А. Белкина, Е. А. Томилиной методом молекулярной динамики было показано, что наножидкости действительно имеют высокую теплопроводность, и установлено, от каких параметров и как она зависит.
Экспериментальное изучение наносистем часто затруднено тем, что вносимое в процессе измерения возмущение может оказаться (и часто оказывается!) порядка самой измеряемой величины. Фактически мы имеем здесь дело с ситуацией, типичной для кваново-механических систем. Это делает необходимым опережающее развитие методов моделирования наносистем. Фактически для наносиcтем это должно быть моделирование на микроуровне. Реальным методом, которым можно (и должно) пользоваться в таких случаях, является метод молекулярной динамики. По этой причине на данном семинаре состоялось заседание специальной секции «Моделирование физических процессов методом молекулярной динамики». Среди наиболее интересных сделанных здесь сообщений можно отметить доклады
И. В. Калгина, М. Карплуса и
С. Ф. Чекмарева, посвященные моделированию многоатомных молекулярных систем, А. А. Вострикова, С. В. Дроздова, Д. Ю. Дубова, в котором изучалась поляризация молекул воды в кластере, И. Ф. Головнева, Е. И. Головневой и
В. М. Фомина о методике расчета термодинамических свойств наноструктур.
Предметная область, связанная с МЭМС- и нанотехнологиями, объединяет большое число отраслей знания и много научных направлений. Повторюсь, замечательной особенностью явлений и процессов, происходящих в таких системах, является то, что их описание посредством традиционных подходов часто не работает. Нужны новые идеи. Кроме того, здесь мы сталкиваемся с необходимостью использовать достижения различных наук: физики, механики, математического моделирования, химии, биологии. Наука о микро- и наносистемах в принципе мультидисциплинарна. Интеграция и постоянный активный обмен мнениями и знаниями специалистов различных областей знания являются необходимым условием ее устойчивого развития. В этом и состояла цель научного сбора. Убежден, что для успешного развития научных исследований в данном предметном поле такие площадки просто необходимы. Это и гарантирует будущее семинара, третья сессия которого пройдет в следующем году.
стр. 11
|
