Нанонаука

Монографии

Систематически излагается современное состояние исследований нанокристаллических материалов. Обобщены экспериментальные результаты по влиянию нанокристаллического состояния на микроструктуру и механические теплофизические, оптические, магнитные свойства металлов, сплавов и твердофазных соединений. Рассмотрены основные методы получения изолированных наночастиц, ультрадисперсных порошков и компактных нанокристаллических материалов. Подробно обсуждены размерные эффекты в изолированных наночастицах и компактных нанокристаллических материалах, показана важная роль границ раздела в формировании структуры и свойств компактных наноматериалов. Проведен анализ модельных представлений, объясняющих особенности строения и аномальные свойства веществ в нанокристаллическом состоянии.
В книге авторы дают разъяснения о том, какое смысловое наполнение несут слова «нанонаука» и «нанотехнология» и приоткрывают завесу в наномир, рассказав как выглядят его жители.
Книга в популярной форме знакомит читателя с достижениями в области нанотехнологий в Японии и других странах в конце 20-го – в начале 21 века. Продемонстрированы поистине фантастические возможности нанотехнологий в таких областях как электроника, энергетика, биология, медицина и др. Большое внимание уделено экономическим и социальным последствиям внедрения нанотехнологий в жизнь общества.
На основе анализа зарубежных и отечественных научных источников 1974–2009 гг. освещены результаты исследований по нанотехнологиям, предназначенных для создания наноструктурированных материалов преимущественно конструкционного и функционального назначения. Рассмотрены основные виды, физико-химические особенности, методы диагностики наноматериалов, показаны причины появления размерной зависимости их механических, кинетических, термодинамических и других свойств. Раскрыты способы получения, свойства и применение компактных наноматериалов.
Изложены результаты системного анализа рыночных тенденций развития нанотехнологий, проведенного на основе эконометрических показателей. Сделан обзор нанотехнологий, рассмотрены основы классификации наноматериалов, их свойства, направления применения и коммерциализации. Исследована научно-технологические приоритеты наноиндустрии, обобщенно мировые тенденции развития наносферы, внедрение национальных нанотехнологических стратегий и программ, финансирование наноисследований и наноразработок, особенностей и направлений развития нанорынке. Показано общие подходы к патентованию идей и изобретений в наносферы. Изучен опыт Европейского Союза (ЕС) и России о проведении анализа наукометрических индикаторов развития нанотехнологий: патентной активности, количества научных публикаций и ссылок. Изучен опыт США и Германии по развитию наносферы. Описана методология и инструментарий стратегического планирования развития нанотехнологий с учетом опыта США и ЕС. Проанализированы тенденции развития нанотехнологической сферы в Украине, исследованы нормативно-правовую базу по этой тематике, выделены актуальные нанотехнологические направления. Проведен анализ проблем, мешающих развитию наносферы в Украине, даются рекомендации по усилению стратегических подходов планирования наноисследований и развития наноиндустрии.
В книге приведены мировые новости за 2005 год, которые сгруппированы по разделам и охватывают наноматериалы, наноэлектроника, нанодатчикы и наноприборов, диагностику наноструктур и наноматериалов, нанобиотехнологии и применения нанотехнологий в медицине. В книге приведены примеры реализации и применения в области технологии формирования наноструктур, методов исследования наноматериалов, метрологическое обеспечение и основы технологии наносистемной техники.
В монографии обобщены новейшие данные литературы и исследования авторов, выполненных сотрудниками кафедры фармакологии и клинической фармакологии и кафедры хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии Национального медицинского университета им. Богомольца, лабораторией электронно-лучевой нанотехнологии неорганических материалов Института электросварки им. Е. О. Патона и Национального медицинского университета им. Богомольца, Института биоколлоидной химии им. Ф. Д. Овчаренко НАН Украины, Национального фармацевтического университета, Львовского национального медицинского университета имени Даниила Галицкого по проблемам нанонауки, нанобиологии, нанофармации.
Систематически изложен материал, который охватывает проблемы физики квантовонеорганичних и биоорганических наноструктур; процессы нанотехнологии, ориентированные на формирование нанослойних систем и нанокомпозиций неорганической и органической природы, а также 3D-обработку с использованием наноразмерных пучков. Рассмотрены электронографических, оптические, электрические, электронно и атомно-зондовые методы диагностики нанокомпозиций и анализа поверхности твердого тела с наноразмерных разрешением. Представлены практические результаты создания реальных востребованных устройств оптоэлектроники, микро- и наносистемной техники на основе гетеронаноструктур, нанопористых и наноструктурированных материалов.
Представлен обзор современного состояния нанотехнологий и наноэлектроники. Изложены результаты исследований поверхности кластеров атомов и кластеров вакансий, кинетических свойств низкоразмерных систем и кластерной плазмы, процессов рассеяния и локализации позитронов в металлах, жидкостях и кластерах. Описаны деформационная и температурная зависимости работы выхода электронов, оптические и магнитные свойства нанопленок и нанокомпозитов, кулоновские и квантовые эффекты в одноэлектронных транзисторах на кластерных структурах. Приведены примеры использования квантовых низкоразмерных структур.
В книге в доступной форме излагаются вопросы, связанные с историческим развитием и современным применением нанотехнологии в различных областях – электронике, медицине, биотехнологии, точной механике и оптике, автомобильной индустрии, энергетике. Рассматриваются социоэкономические последствия и этические аспекты внедрения нанотехнологии в жизнь современного общества.
Отражена история становления, современное состояние и перспективы развития исследований по проблемам нанонауки, нанотехнологии и наноматериалов. Внимание уделено вопросам нанобиологии и нанофармации, клиническим аспектам применения нанотехнологий в хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии.

Учебники, учебные и методические пособия

В данном пособии кратко изложены основные результаты исследований по нанотехнологиям и наноматериалам конструкционного и функционального назначения. Рассмотрены физико-химические особенности наноматериалов, методы диагностики, способы получения компактных наноматериалов и их область применения, в том числе в машиностроении, атомной энергетике, наноэлектронике. Приведенные примеры проявления размерных эффектов при формировании свойств наноматериалов.
Раскрыты основы современных технологий выращивания тонких пленок, квантово-размерных слоев, квантовых нитей и точек, фуллеренов и углеродных нанотрубок. Охарактеризованы принципы эпитаксии, определены основные режимы гетероепитаксийних роста. Обоснованы возможности использования процессов самоорганизации для формирования систем квантовых нитей и точек. Рассмотрены физические свойства двух-, одно- и нульмерных квантовых полупроводников и углеродных структур, вопрос размерного квантования и условия наблюдения квантово-размерных явлений.
Пособие содержит основные сведения по метрологическому обеспечению различных технологических операций в сфере наноиндустрии. Рассмотрены становление в XX–XXI вв. и концепции развития нанометрологии. Подробно изложены современные основы технического обеспечения нанометрологии. Освещены вопросы нестабильности, точности и неопределенности наноизмерений. Особое внимание уделено основным метрологическим операциям – поверке и калибровке сканирующей зондовой микроскопии.
Материал изложен в форме конспекта лекций по курсу «Наноматериалы и нанотехнологии». Рассмотрены физико-химические основы нанотехнологий и дается ответ на проблемные вопросы: что такое нанотехнология и наноматериалы, предмет и объект изучения и зачем нужно изучать данный предмет.
В книге приведены основные сведения о нанотехнологиях и нанообъектах, рассмотрены характерные особенности и свойства наночастиц. Значительное внимание уделено функциональным и конструкционным материалам (фуллеренам, углеводным нанотрубкам, ленгмюровским молекулярным пленкам) и их применению, а также методам получении наночастиц и упорядоченных наноструктур.
Книга освещает круг вопросов, которые могут составить область науки о нанообъектах, процессах и явлениях, проходящих на уровне размеров 1-100 нм. В этой области наблюдаются эффекты, чувствительные как к отдельным атомно-молекулярным уровням энергии, так и к коллективным свойствам тел. Развитие науки о нанокластерах и наносистемах и методов их исследования привело к созданию нанотехнологии, наноматериалов и наноустройств, отличающихся уникальными свойствами и перспективами применения. Книга представляет собой попытку соединения теоретических и экспериментальных данных о нанокластерах и наносистемах с некоторыми вопросами более общего, вводного характера.

Статьи, доклады

В статье раскрыта проблема исследования научно-технического развития, которая актуальна для современной философии науки и техники, поскольку рассматривает новую отрасль знания, которая еще не была предметом систематического исследования и философской рефлексии.
В статье рассматриваются базовые этапы исторического развития нанотехнологической науки и нанотехнологических производств.
В статье проведен анализ понятия нанотехнологий, положительных и отрицательных сторон внедрения нанотехнологий, условий развития этих технологий в Украине. Рассмотрено состояние выполнения государственной целевой научно-технической программы по нанотехнологиям, проблемы развития и распространения нанотехнологий, приведены примеры предприятий Украины, которые имеют нанотехнологические производства. Поставленный вопрос осмысления перспектив нанотехнологий для развития общества.
В статье представлен анализ исторических, научных, научно-технических и организационно-экономических предпосылок развития нанотехнологий и проводится исследование этапов и тенденций развития нанонауки как отдельной отрасли знаний. Представлены четыре этапа развития науки о наномире и их временные границы, которые, по мнению автора, можно выделить при исследовании процесса развития нанонауки. Цель работы заключается в исследовании процесса развития нанотехнологий как области знаний и ее значение в современной экономике.
Автор размышляет о том, что в понятии «нанотехнологии» заложено более глубокий философский смысл, чем кажется на первый взгляд, ведь внедрение нанотехнологий повлечет за собой значительное улучшение качества и увеличение общей продолжительности жизни людей, быстрое внедрение новых технологий в промышленность, перераспределение ресурсов, снижение социальной напряженности, развитие экологических систем и тому подобное.
В работе освещается понятие и структура феномена нанореальности, его компоненты и элементы.
Сделан анализ публикационной активности по ННТ в исследовательских учреждениях Московской области по основным библиометрическим индикаторам, а также выявление уровня цитируемости публикаций в мировом потоке.
Революционные и синергетические достижения на пересечении различных областей науки и техники готовят нано-био-инфо преобразования в обучении традиционных дисциплин, включая фундаментальные науки. В рассматриваемых работах исследователи оценивают, как революционные изменения в технологии могут повлиять на систему образования и приводят примеры этих изменений в ведущих университетах мира.
Проанализированы данные литературы и результаты собственных исследований по нанонауки, нанотехнологий, наномедицины. Установлено три этапа научных исследований этого направления. Проанализированы также публикации по нанонауки, нанотехнологий, наномедицины, нанобиотехнологий, наноэлектроники, нанобиологии, нанофизиологии, нанотоксикологии. В лаборатории электронно-лучевой нанотехнологии неорганических материалов для медицины Института электросварки им. Е. О. Патона и Национального медицинского университета разработана технология получения наночастиц оксидов серебра и меди и их композитов. Установлено, что наночастицы оксидов меди и серебра проявляют более выраженное противомикробное действие, чем оксиды данных металлов обычных размеров. Ученые мира уделяют гораздо меньше внимания проведению исследований по нанофизиотерапии, нанофармации, внедрению наноматериалов при реабилитации больных и лечении различных заболеваний.
В XX веке состояние экономики высокоразвитых стран определялось в значительной степени развитием высоких технологий в авиации, космонавтике, ядерной энергетике, электронике, а в конце века – в микроэлектронике и информатике. Начало XXI века характеризуется формированием нового направления в науке и технике – нанотехнологии.
Ведущие ученые прогнозируют, что широкое внедрение нанотехнологий в производственную деятельность человека станет своеобразной нанореволюцией XXI века. Учитывая такую ​​перспективу, отечественные ученые активно занялись вопросами нанонауки и создания нанотехнологий. Об этом в частности свидетельствует быстрое развитие таких направлений, как наноэлектроника, наномедицина, нанофармакология, нанобиология, наноприборы и нанопрепараты. Практические разработки уже применены в достаточно широкой сфере – электронике, информационных технологиях, медицине, фармакологии, фармации, сельском хозяйстве, авиации, космонавтике, военном деле, микроволновой технике, солнечных батареях, радиосвязи, радиологии и радионавигации, молекулярной биологии, медицинских технологиях, экологическом мониторинге и тому подобное.
В статье представлено авторское видение нанонауки и на примере показывается сущность классической (в отличии от квантовой) нанонауки. Рассматриваются зависимости когезионнои энергии и растворимости малых частиц от ее размера. Обсуждаются особенности поведения мицелл поверхностно-активных веществ: резкий переход к образованию мицелл при малых концентрациях, отсутствие свойств натрий макроскопических фаз и тому подобное.
Проанализированы директивные документы ЕС по политике в сфере нанонауки и нанотехнологий. На примере Германии продемонстрировано государственной поддержке развития национальной наноиндустрии и ее результаты, оценен круг институтов, технологические направления исследований и отрасли экономики, в инновационные потребности которых они ориентированы. Определены учреждения НАН Украины, чьи нанотехнологические инновационные продукты ориентированы на национальное хозяйство, выявлено диспропорции в государственном заказе на подготовку специалистов, способных генерировать новые знания, производить, адаптировать и использовать передовые технологии. Установлены наиболее востребованы бизнесом сектора нанонауки. Предложено авторское видение ключевых ориентиров государственной поддержки развития нанонауки и нанотехнологий в Украине: развитие фундаментальных знаний, активизация технологических инноваций и их коммерциализация, соблюдением социальной ответственности в процессе развития нанотехнологий.
Представлен краткий обзор литературы в области определения и классификации направлений нанотехнологий, которые в настоящее время находятся в процессе формирования. Отмечено, что единого согласованного варианта, который образовывал бы основание для построения соответствующих классификаций, пока не существует. Выделено семь основных направлений нанотехнологий: наноматериалы наноэлектроника, нанофотоника, нанобиотехнологии, наномедицина, наноинструменты (нанодиагностика), технологии и специальное оборудование для создания и производства наноматериалов и наноустройств.
Обобщен опыт ведущих по уровню развития наноиндустрии стран по проведению опросов предприятий нанотехнологической сферы. Учитывая несовершенство отечественной статистической базы и организации статистических наблюдений за развитием нанотехнологической сферы было проведено анкетирование украинских предприятий, которые используют и создают нанотехнологии, и его результаты отражены в статье. Это позволило исследовать современное состояние сферы нанотехнологий Украины и определить присущие ей особенности. Кроме того, выделены и обоснованно проблемные аспекты отечественной практики статистического наблюдения нанотехнологической деятельности предприятий в Украине.
Иcтория развития науки и техники неразрывно связана с развитием систем, методов и средств измерений. Нанотехнологии поставили ряд новых специфических задач, обусловленных малыми размерами элементов и структур, с которыми приходится иметь дело в данной области. Здесь, как нигде, актуален тезис: «Если нельзя правильно измерить, то невозможно создать».
Описаны основные этапы исторического развития нанонауки и внедрение ее в медицину. Несмотря на свою перспективность, в течение многих лет нанонаука, то есть учение о частицах, размер которых не превышает 100 нм, оставалась эмпирической и не могла найти своего практического применения. Лишь в конце 80-х – начале 90-х годов ХХ в., благодаря активному изучению свойств наночастиц, появились и начали развиваться такие научные направления, как наномедицина и нанофармакология. Сейчас физические свойства наночастиц могут использоваться с целью диагностики заболеваний, в регенеративной медицине, для разработки лекарственных средств пролонгированного, особенно селективной, действия. Сегодня все страны мира инвестируют немалые средства в развитие нанотехнологий. Не является исключением и Украина, где немало научных учреждений продолжает активно заниматься изучением влияния наночастиц на биологические ткани при физиологических и патологических условиях и разработкой новых и модификацией существующих лекарственных средств с использованием нанотехнологий.
В работе представлена как историческая справка о становлении нанонауки, так и статистические данные печатных работ, начиная с 1991 по 2008 годы. Делается акцент на целях и задачах этой науки, один из аспектов которой заключается в разработке и изучении влияния на животный и человеческий организмы наноматериалов и нанопрепаратов (лекарственных средств).
Рассмотрена жизнь и научная деятельность выдающегося американского физика-теоретика ХХ века, лауреата Нобелевской премии (1963 г.) за создание учения квантовой электродинамики Ричарда Филлипса Фейнмана (1918–1988), который еще в декабре 1959 г. на ежегодном заседании Американского физического общества сделал доклад-лекцию «Внизу много места: приглашение войти в новую область физики», которая сегодня считается первой прямым указанием на необходимость начинать научные исследования в масштабе атомов и молекул. Позже японским ученым Норио Танигучи это было названо нанотехнологиями. В работе раскрыты аспекты изучения этой науки в Украине на сегодняшний время.
На основе общих концепций о нанотехнологиях и наноинженерии рассмотрена роль университета в развитии этих современных направлений науки, техники, технологий.
В статье рассматриваются основания инструментальной революции, связанной с возникновением нанотехнологий. Показано, что онтологические особенности наносистемотехники обусловлены спецификой размерности объектов и манипуляторов, выходящей за пределы доминирования квантовых эффектов, но не достаточной для проявления макросвойств. Эпистемологическая основа нанотехнологий понимается в рамках конструктивизма и редукционизма, а ее базовым методологическим принципом выступает единство мира в наномасштабе.
В статье представлены философские размышления о будущем человечества. Учитывая первые прогнозы и ожидания относительно нанотехнологий, в конце 90-х годов, есть много вещей, которые изменились, но слишком много ожиданий не исполнились. К 2050 г. ожидается, что население превысит 9 млрд человек. В то время, или даже раньше, ситуация в мире может быть очень тяжелой. Поэтому мы должны использовать все средства для улучшения положения, включая и нанотехнологические.