В Ельцин Центре в Екатеринбурге 19 апреля прошла лекция члена-корреспондента РАН, доктора физико-математических наук Андрея Ремпеля «Загадки современных нанотехнологий». Лекция прошла в рамках совместного проекта Ельцин Центра и Российской академии наук «Открытый лекторий РАН».
По словам Андрея Ремпеля, тема нанотехнологий интересует его около тридцати лет.
– Нанотехнологиями человечество начало заниматься давно, – подчеркнул Андрей Ремпель. – Как появилось понятие «нано»? «Нано» – миллиардная доля чего-либо, 10 в минус девятой степени. Понятие «нано» возникло еще в 60-е годы прошлого века. Но сами нанотехнологии возникли еще раньше. Первую Нобелевскую премию за открытия в данной области получил шведский физик и химик Теодор Сведберг в 20-е годы ХХ века, но единицу измерения он называл миллимикроном.
Стандартный объект нанотехнологий, по словам лектора, – квантовая точка. Нанообъекты можно разглядеть только через специальные приборы: диаметр ДНК человека составляет всего два нанометра. По словам Андрея Ремпеля, успехи российских ученых, занимающихся нанотехнологиями, высоко ценятся во всем мире: самый известный российский Нобелевский лауреат по физике (2000 год) Жорес Алфёров и его коллектив занимались именно нанотехнологиями и гетероструктурами. На Урале, в УрО РАН, отметил Ремпель, нанотехнологии изучались давно.
Член-корр рассказал и о методах изучения наночастиц.
– Ученым нужно всерьез задумываться, как они используют нанотехнологии, оценивая, насколько это полезно для человечества, –подчеркнул Андрей Ремпель.
– Многие относят открытие ученых Константина Новоселова и Андрея Гейма, за которое они получили Нобелевскую премию по физике, к нанотехнологиям, но, по моему мнению, эта технология не совсем «нано», – высказал свою точку зрения Андрей Ремпель. – Однако графен в нанотехнологиях сегодня используется.
Стоит отметить, что нобелевский лауреат Константин Новоселов родом с Урала, он уроженец Нижнего Тагила. Новоселов – выпускник факультета физической и квантовой электроники Московского физико-технического института (специализация – наноэлектроника), работал в РАН. В 2010 году ученый получил Нобелевскую премию по физике за опыты с графеном.
Примечательно, что исследователи, пожалуй, на протяжении всего существования человечества, открывали нанотехнологии, сами не подозревая об этом: так, рассказал Андрей Ремпель, обращаться с наночастицами золота научился еще в XIX столетии английский физик-экспериментатор Майкл Фарадей.
– Существуют не только искусственные, но и природные методы получения наночастиц, – сообщил Ремпель. – Пример – возникновение Вселенной, Большой взрыв. После Большого взрыва пространство начало расширяться, и в течение этого длительного периода вся Вселенная была заполнена наночастицами. Из наночастиц образовывались звезды, галактики, а реликтовые наночастицы, космическая пыль, существуют и сегодня. И даже во время уборки помещения не стоит забывать, что среди компонентов пыли есть и реликтовая космическая пыль. Так что природа создавала наноструктуры постоянно.
Сегодня, отметил спикер, при создании нанотехнологий, человек, по сути, подражает природе. Так, ученые обратили внимание, что вода, попадая на гладкую поверхность листьев дерева, образует капли, которые затем стекают с них, смывая пыль и грязь. По аналогии с этим создаются покрытия оконных и автомобильных стекол, которые могут самоочищаться, к примеру, после дождя.
Рассказал Андрей Ремпель о фотонных кристаллах и фотохромном стекле, которое меняет прозрачность в зависимости от освещения, что используется в транспорте. Также ученый отметил, что, чем меньше изучаемая частица по размеру, тем большим должен быть прибор, при помощи которого ее исследуют.
– Самый большой на сегодня прибор построен в Швейцарии, это Большой адронный коллайдер, – проиллюстрировал Андрей Ремпель. – Его окружность составляет 27 километров, стоимость коллайдера – 700 миллионов евро.
Ученый подчеркнул, что данный прибор предназначен для работы с элементарными частицами, а для исследований более крупных наночастиц используется многократно более дешевый прибор синхротрон, один из которых находится в Гренобле, куда съезжаются ученые со всего мира. Сами же нанотехнологии и наноматериалы, по словам Ремпеля, можно использовать в физике, химии, биологии, медицине, строительстве и многих других сферах.
Еще один пример того, как технологии развивались благодаря наблюдениям ученых за живой природой: в начале 70-х годов ХХ века деятелей науки заинтересовал эффект фотосинтеза.
– Солнце доставляет нам огромное количество энергии, при этом одна треть ее теряется, но основная часть достигает Земли, и человеческий глаз видит ее в виде света, – сообщил Андрей Ремпель. – Человечество сделало вывод, что энергию солнца можно использовать эффективно: возникла идея «зеленой химии». Она состоит в том, что благодаря солнцу можно получать новые химические вещества, энергию. Российская академия наук активно этим занимается.
Свёрла, двигатели внутреннего сгорания, материалы для медицины, оптика и электроника – это далеко не все направления и объекты применения нанотехнологий. Даже в производстве солнцезащитных кремов используются наночастицы диоксида титана.
– Идея нанотехнологий в том, чтобы получать материалы, сочетающие многие полезные свойства, – сформулировал Андрей Ремпель.
После завершения лекции слушателей интересовали дополнительные подробности того, над какими задачами работают сегодня российские нанотехнологи.
– Наша научная группа работает над фотокатализаторами, которые позволяют очищать воду и воздух, получением твердых сплавов с высокой прочностью, разработкой биоматериалов и маркеров для проведения биологических исследований, – пояснил Андрей Ремпель.
Был поднят также вопрос о сравнении уровня развития нанотехнологий в России и за рубежом.
– Российские ученые всегда отличались инициативностью, способностью к генерации идей, – прокомментировал Ремпель. – Однако порой в самой России эти идеи считаются несвоевременными, или на их реализацию не хватает средств. Рано или поздно, российские ученые убеждают весь научный мир, что их идеи важны, этими идеями начинают заниматься за рубежом и приглашают наших ученых, чтобы все внедрить и запустить. Когда дело доходит до выпуска продукции, то наука «выходит из игры», и прибыль получают конкретные компании. Тем не менее, российские ученые продолжают генерировать идеи, которые подхватываются на Западе. Если же сравнить уровень инвестиций в нанотехнологии на Западе и у нас, то это «небо и Земля».
Отвечая на вопросы, Ремпель также рассказал о вкладе российской науки в мировые процессы.
– Для создания Большого адронного коллайдера Российская академия наук многое сделала, – привел пример Андрей Ремпель. –Ускорители, датчики, аэрозоли и другое.
В будущем, сделал в ходе общения с аудиторией прогноз спикер, будут использоваться квантовые компьютеры.
– Насколько востребованы специалисты в научно-технической сфере, в сфере нанотехнологий?
– Проблема такая есть, – ответил Ремпель. – Если вы хотите остаться в науке, работать в университете или в Российской академии наук, то вопросов нет. А если хотите пойти в реальную область, то это к Анатолию Чубайсу («РОСНАНО») или в «Сколково». Конкуренция большая, но заявки нужно подавать.
После завершения лекции Андрей Ремпель поделился своими впечатлениями от посещения Президентского центра Б.Н. Ельцина.
– Был в Президентском центре Ельцина не один раз, посещал и Музей Ельцина, мне там понравилось, – сказал Андрей Ремпель. – Также понравилось, как проходила лекция, вопросы были интересными. Если оглянуться назад, то в 90-е, на начальном этапе развития нанотехнологий, все проходило тяжело. Не было оборудования, ясности, удастся ли что-то сделать. Сейчас же успехи преобладают над неудачами.