М. Н. ВАУЧСКИЙ

Военный инженерно-технический университет (ВИТУ), Санкт-Петербург, Россия

Нанотехнологии, без сомнения, являющиеся одним из наиболее перспективных направлений современного этапа развития науки и техники, в наибольшей степени видоизменяют и преобразуют наше представление об окружающем мире.

В этой области науки, как и в любом другом новом развивающемся направлении, быстро нарастает специфическая терминология, формируются понятия и определения. Обычно становление нового направления вначале происходит в какой-то одной конкретной отрасли, где уже имеется своя устоявшаяся терминология и ставшие привычными определения. В данном случае, процесс сразу начал развиваться широким фронтом, очень быстро потерял управление и пошел на самотек. Этому способствовала не только скорость развития процесса и даже не столько модность этого направления, сколько желание почти каждого быть причастным к новой программе, которая на государственном уровне объявлена приоритетной.

Приставка “нано” означает одну миллиардную долю какой-либо величины. Это понимает большая часть из тех, кто употребляет слова с этой приставкой, но далеко не все знают, от какого слова она образована. Приставка “нано” образована от греческого слова “nanos” – карлик. Поэтому если мы говорим “наночастица” (карликовая частица) – это нормально, а вот если произносим или пишем “наноэнергетика”, что в дословном переводе означает – карликовая энергетика, это уже звучит не пафосно и перспективно (как задумывалось), а наоборот, уничижительно и обидно. Понятие “наножидкость” вообще не имеет ни физического, ни какого-либо другого смысла.

Такие единицы измерений как нанометр и наносекунда используются в технической литературе уже десятки лет, примелькались и стали вполне привычными, но ранее они применялись именно для измерения вполне определенных интервалов длины и времени. Никто не измеряет рабочий день в наносекундах – для этого существуют минуты и часы. Не менее бессмысленным является привлечение нанометров для того, чтобы измерять расстояния при описании химических и (в особенности) внутриатомных процессов. Для этого существуют другие единицы - ангстремы (10^-10м), которые, начиная с восьмидесятых годов прошлого века, пытаются отменить, но ничего не получается – слишком уж они удобны для этих измерений. Всегда проще и удобнее измерять величины в целых числах, чем в дробных.

Поэтому не нужно называть химические процессы нанотехнологиями. Ничего кроме иронической улыбки это не вызывает. Если вследствие цепочки химических превращений образуется новое вещество, обладающее перспективными свойствами – это успешное достижение, которое не станет более значимым оттого, что данный процесс обозвали нанотехнологией. А вот доля сомнения в компетентности специалиста появится.

Зачастую приставку “нано” в сочетании с произвольно выбранными словами употребляют люди, не имеющие фундаментального образования ни в области химии, ни в области физики. Им это простительно. Подобная тенденция уже много лет высмеивается в ненаучной иронической фантастике (наноботы и т.п.). К сожалению, иногда чрезмерным и не всегда уместным использованием этой приставки грешат даже известные ученые, популяризаторы науки и технических знаний.

Следует поставить четкие граничные условия для таких понятий как наноматериалы, нанообъекты и наносистемные устройства. Профессор, д. т. н. Б.Н. Родионов [1] предлагает считать наноматериалами “материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном направлении не превышают 100 нм, обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками”. Позвольте, при чем здесь “нано”? Объекты подобного размера всегда относились к микроскопическому и субмикроскопическому масштабным уровням. Это огромный пласт давно и широко применяемых материалов, многие из которых уже имеют приставку “микро” или собственное привычное наименование. В качестве примеров таких материалов можно привести микрокремнезем, аэросил, метакаолин и даже обыкновенную сажу. При введении этих материалов в состав бетонной смеси тоже получается бетон, обладающий новыми эксплуатационными характеристиками. Пойдем дальше. Частицы цементного геля CSH I, качественно и количественно изменяющие свойства бетона, также, вполне соответствуют ранее указанным параметрам. Если пойти по этому пути, то любой модифицированный бетон следует признать нанобетоном, а процессы его приготовления и укладки – нанотехнологиями.

Таким образом, чрезмерно расширять границы понятия наноматериалы, по меньшей мере, нецелесообразно, так как, в этом случае, будет охвачен слишком большой перечень субмикроскопических и микроскопических частиц, которые не имеют никакого отношения к рассматриваемому масштабному промежутку.

Здравый смысл подсказывает, что следует ограничиться частицами, размеры которых измеряются единицами (максимум – десятками) нанометров, и не в одном, а, по крайней мере, в двух направлениях. Первоначально, наночастицами называли молекулярные кластеры (фуллерены, нанотрубки, астралены и т.п.), а также фуллериты, фуллериды и другие фуллероидные материалы.

Молекулярный кластер это объект, занимающий промежуточную нишу между молекулами и частицами вещества. Он обладает специфическим набором свойств, часть из которых присуща молекулам, но невозможна у частиц вещества, а часть, наоборот, характерна для вещества, но не применима к отдельной молекуле. Например, температура является характеристикой вещества, но отдельная молекула температуры не имеет. Молекулярный кластер можно нагреть и измерить его температуру. Некоторые молекулы имеют дипольный момент. Для частиц вещества эта характеристика не применяется. Ряд молекулярных кластеров (например, нанотрубки) имеют дипольный момент. Молекулярные кластеры углерода, в целом, можно представить в качестве трехмерного аналога молекул ароматических углеводородов, но, в отличие от последних, они состоят только из атомов углерода и обладают очень высокой прочностью, сравнимой по величине, разве что, с прочностью алмаза. Двойная углеродная связь обладает самой высокой прочностью из всех известных химических связей.

Понятно, что одними молекулярными кластерами при определении наноматериалов ограничиться нельзя. Обыкновенная углеродная сажа – это, без сомнения, тоже наноматериал, но вот называть нанотехнологией процесс ее приготовления, видимо не следует.

Молекулы и, тем более, атомы, как правило, являются объектами существенно меньших размеров и относятся к молекулярному уровню, который располагается под нижней границей рассматриваемого ареала. Их размеры, по крайней мере, в одном направлении, существенно меньше одного нанометра. Тем не менее, ряд сложных молекул, имеющих развитое пространственное строение (например, ДНК), по-видимому, следует отнести к наноструктурам.

Резюмируя ранее приведенные умозаключения можно сформулировать более точное определение наноматериалов: к наноматериалам относятся молекулярные кластеры, а также близкие к ним по размерам частицы и сложные пространственные молекулы, размеры которых, по крайней мере, в двух направлениях больше одного нанометра, но превышают несколько десятков нанометров не более чем в одном направлении.

Теперь, разобравшись с наноматериалами, перейдем непосредственно к нанотехнологиям. В данном случае формулировать определение не требуется, так как эта работа уже блестяще проделана профессором МГУ, д-ром физико-математических наук Г.Г. Елениным. Согласно его определению: “нанотехнология – междисциплинарная область науки, в которой изучаются закономерности физико-химических процессов в пространственных областях нанометровых размеров с целью управления отдельными атомами, молекулами, молекулярными системами при создании новых молекул, наноструктур, наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами”. Здесь уже, как говорится, ни прибавить, ни убавить.

К сожалению, многие из тех, кто пишет о “нанотехнологиях” либо просто не видели этой формулировки, либо, напротив, видели, но вычленили из нее только “атомы и молекулы” или “специальные свойства”, не приняв во внимание ограничительную часть. В частности, к. т. н. С.С. Удербаев пишет [2], что: “физико-химические процессы образования продуктов гидратации – это типичные формы нанотехнологических процессов, т.к. они происходят на атомно-молекулярном уровне”. Позвольте, но, во-первых, на атомно-молекулярном уровне идут абсолютно все химические реакции, а во-вторых, наноразмерная область находится выше атомно-молекулярного уровня. Данный пример является показательным, типичным, но подобным дело не ограничивается.

Достаточно часто нанотехнологиями называют процесс создания пленочных покрытий. Если речь идет о напылении под вакуумом одного или нескольких молекулярных слоев редких металлов – разумеется да, это нанотехнология, но процесс создания лакокрасочных покрытий – извините, нет. Для этих процессов уже имеется прижившееся название – малярные работы.

Не менее часто нанотехнологиями называют процесс создания молекулярных сит и мероприятия, осуществляемые с их помощью. Между тем существуют и не отменены такие понятия как мембранные технологии, фильтрация и т.п. И далеко не всегда это новые технологии. Уже десятки лет применяются молекулярные сита на основе природных и искусственных цеолитов, - материалов имеющих систему взаимосвязанных каналов диаметром в несколько ангстрем. Цеолит напоминает обыкновенную губку, все размеры которой уменьшены примерно в миллиард раз. На сегодняшний день известно более сотни искусственных цеолитов, размеры каналов которых менее одного нанометра, но работы по их получению и применению раньше нанотехнологиями не называли.

Атомы и молекулы уже имеют свои устоявшиеся названия. Не имеет ни малейшего смысла называть их наночастицами, а идущие между ними химические реакции – нанотехнологиями. Наномир и без этого очень сложен и обширен. Одних только фуллереновых соединений к 1997 году насчитывалось свыше 9000. Их уже тогда было открыто больше чем известно на сегодняшний день природных минералов (около 7000, включая разновидности). Давайте подключать здравый смысл. Ведь электронный микроскоп с разрешением в один нанометр почему-то никто не обзывает наноскопом. Большая точность изготовления это не карликовая, а наоборот, высокая, прецизионная. И важен здесь не размер, а величина погрешности.

Автор данного доклада уже неоднократно ставил в средствах массовой информации вопрос об упорядочивании и сокращении бездумного применения терминов с приставкой “нано” [3, 4, 5], но что-то подсказывает, что и на этот раз призыв может остаться гласом вопиющего в пустыне. Один в поле не воин. Еще большее сомнение вызывает оперативная разработка удобоваримой системы дефиниций в недрах госкорпорации “Роснанотех”. Изменить что-либо мы сможем только все вместе.

Литература:

1. Родионов Б.Н. Нанотехнологии и энергетическая безопасность. Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2009. № 6 (125). С. 82 – 85.

2. Удербаев С.С. Роль нанотехнологий в улучшении свойств строительных материалов. Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2009. № 9 (128). С. 44 – 45.

3. Ваучский М.Н. Нанобетон: мифы и реальность. Строй ПРОФИль, 2007, № 8, - С. 48 – 50.

4. Ваучский М.Н. Перспективы наномодификации бетона. Строительная газета № 32 (9991) 8 августа 2008, С – 24 – 25.

5. Ваучский М.Н., Иванов А.Н. Наномир: высокие технологии XXI века. Строительная газета № 1 (10012) 1 января 2009, С – 12.