Еще недавно наше общество исповедовало принцип: хорошее то, что самое большое в мире. В Украине были самые большие в мире домны, самые большие колонны синтеза аммиака, самые, самые… Занятно, что все это происходило в то время, когда развитие техники начало идти по другому пути. Новая философия современной техники — реализовать максимальную функцию в минимальном объеме. Вершинным проявлением направления явились нанотехнологии. И раньше развивались микробиология, микроэлектроника, микроприборостроение, но опустившись еще на одну ступеньку ниже, в наномир, ученые поняли — там вообще существует совершенно иной мир с возможностями, многократно превосходящими все то, о чем только могли мечтать инженеры.
— В большом объеме количество частиц, атомов, молекул значительно превышает площадь поверхности, которая их окружает. И ведет себя большой объем вещества как кочан капусты, в котором окисляется только поверхностный лист, а внутри он сохраняет первозданное состояние. Хотя если его разобрать на листики, то открытая поверхность резко увеличится, будет взаимодействовать с воздухом и окисляться, — рассказал директор Института общей и неорганической химии им. В.Вернадского, академик НАНУ Сергей ВОЛКОВ.
Образ кочана капусты в какой-то степени может объяснить то, с чем столкнулись ученые, проникнув в наномир. Здесь частички, представляющие миллиардную долю метра, ведут себя совершенно не так, как они вели бы себя в большом объеме вещества. Они становятся очень активными. Поскольку поверхностная энергия у них очень велика, то температура плавления, ширина запрещенной зоны и другие физические параметры становятся не постоянными, а зависят от числа частичек. Поэтому частички размером от одного до 10 нанометров обладают уникальными химическими, физико-химическими и физическими свойствами. Выдающийся физик, лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман еще в 60-х годах предсказывал, что развитие техники управления наноразмерами позволит изменить мир.
Сергей Васильевич рассказал о том, что у современной школы украинских ученых, занимающихся нанонауками, в Академии наук Украины были гениальные предшественники. Достаточно вспомнить, что именно Владимир Вернадский создал лабораторию, из которой позже вырос Институт общей и неорганической химии, названный его именем. Потом на директорском посту его сменил Александр Плотников, затем Антон Думанский, а его, в свою очередь, Юрий Делимарский. Все это великие ученые, обладающие даром предвидения.
К примеру, Ю.Делимарский занимался расплавами. Еще в 1964 году он получил дисперсную сажу. Ученым были созданы наночастички, которые в наше время произвели переворот в науке. Сейчас для них придумали даже специальное название — нанотрубки. Они имеют форму трубок либо тонких волокон. Но это открытие было сделано в Институте общей и неорганической химии полвека назад! Но так как еще не было электронных микроскопов, чтобы увидеть и зафиксировать открытие, его второе рождение отложилось на десятилетия. Правда, авторами уже назвали совсем других ученых. А тогда в статье, опубликованной в «Докладах Академии наук УССР», нанотрубки названы просто и незатейливо — «мелкодисперсные частицы».
— Это не единственное выдающееся открытие, — считает Сергей Васильевич, — которое родилось в нашем институте задолго до того, как заговорили о нанотехнологиях. Электрохимики давно знают о возможности растворять металлы анода и о том, что при этом появляются «атомарные» частички. Поскольку они обладают громадной избыточной поверхностной энергией, частички быстро слипаются и образуют более крупные образования. Сотрудник института Эмиль Натансон еще в 40-х годах растворял металл в полимерной среде. Так был изготовлен первый металлополимер, который позже нашел применение в магнитной записи информации и др.
Кстати, он тоже не называл это наночастичками, хотя фактически они были таковыми. Мы в институте много лет работали с мельчайшими объектами, не подозревая обо всем многообразии их свойств, — рассказал Сергей Волков. –А когда у нас с помощью электронной микроскопии, масс-спектрометрии открылись глаза на то, из чего они состоят, мы поняли, что давно имеем дело с наночастицами, обладающими уникальными сорбционными, каталитическими и физико-техническими свойствами.
Вообще следует отметить, что физическая химия была прекрасно развита в Советском Союзе и при этом явно недооценена мировым научным сообществом. У нас в стране работали два химика, которые должны были стать лауреатами Нобелевской премии: Евгений Завойский, открывший электронный парамагнитный резонанс, и Михаил Цвет, который еще в 1906 году разработал хроматографию. Эти открытия проложили путь к двум важнейшим мировым направлениям в приборостроении. К сожалению, западный мир не отметил достойно этих авторов. М.Цвету вообще не повезло — началась революция и было не до его открытия. А Е.Завойский наверняка получил бы Нобелевскую премию, если бы не умер так рано и попросту не успел пройти нелегкий путь к признанию.
В нашем институте разработаны способы синтеза и изучения наночастиц. Правда, современного электронного микроскопа, позволяющего не только их видеть, но и управлять, конструировать и строить необходимые структуры из атомов, мы не имеем, хотя в мире это практикуют весьма широко. Но мы должны по одежке протягивать ножки.
Иногда можно слышать жалобы на то, что нанотехнологиям, чтобы стать инструментом промышленности, нужны многие миллиарды долларов и поэтому она, мол, не сможет развиться сейчас. Я думаю, это не так. Если суммировать общие затраты на применение нанотехнологий везде — от быта до геологии, то, может, и нужно столько денег. Но если ориентироваться на прорывные направления, то хватит и нескольких миллиардов, которые уже выделяются правительствами многих стран.
В нашей области развитие на этом направлении хорошо идет в сорбционных процессах, где нужны открытые электронные оболочки, дающие возможность адсорбировать много частичек. Наиболее интересное направление здесь сегодня — антиоксиданты, в частности фуллерены. Американцы разработали антиоксиданты, в которые вводится фуллерен. Такие препараты работают на уровне лучших средств облучательной терапии при послеоперационном лечении онкологических больных. Другой неожиданный пример использования нанотрубок — для изготовления прозрачных бронежилетов. В этом году американцы выделили 10 млн. долл. на разработку и доводку тонких бронежилетов, которые будут крепче стали. Большие средства выделены и на космическую защиту с использованием нанотрубок.
Если определять место Украины в нанотехнологиях, то я считаю, что мы сейчас находимся где-то в конце списка развитых стран. О нашем институте могу сказать, что он передовой в Украине в разработке химических способов получения наночастичек, в нем сделаны успешные попытки разработок для промышленности. Запатентованы установки по производству нанотрубок—фуллеренов, а также новая методика микродугового оксидирования непосредственно в растворе.
Нам удалось наблюдать исключительно красивые картины из углеводородных структур. Они перспективны для сорбционных процессов и, в частности, для создания фильтров для воды. Новейшие зарубежные работы показывают, что такие устройства позволят фильтровать морскую воду, прикладывая потенциал к трубкам.
В общем, у нас есть достаточно интересные разработки для промышленности, однако она не спешит их использовать. Пока к ним больше интереса проявляют зарубежные фирмы. Мы вынуждены искать место для приложения наших усилий за рубежом. Недавно образовали украинско-китайский научный центр.
Если оценивать наши шансы выжить в современном научном мире, то они весьма значительны. В основном наибольшие перспективы у нас находятся на каталитическом и сорбционном химическом направлениях развития. Впрочем, здесь мы традиционно сильны. Обнадеживают и физико-технические аспекты. Если мы решим в недалеком будущем проблему с обеспечением наших ученых оборудованием, а молодых сотрудников жильем, уверен, что это направление в нанотехнологиях о себе еще заявит с самой лучшей стороны.