Нанотехнологии в Украине: вдогонку за уходящим поездом?

Несколько лет назад академик НАН Украины Борис Мовчан - основатель и первый директор Международного центра электронно-лучевых технологий (МЦЭЛТ) Института электросварки им. Е.Патона -высказал свое пожелание относительно развития нанотехнологий в Украине: "….пристроиться хотя бы в хвост уже движущегося скорого поезда нанотехнологий".

Что сегодня можно сказать о развитии нанотехнологий в стране? Этот вопрос послужил "отправной точкой" нашей беседы с известным ученым-материаловедом Борисом МОВЧАНОМ.

- Примечательно, что сейчас еще больше говорят и пишут о необходимости широкомасштабного применения нанотехнологий в различных областях практической деятельности. Существует государственная целевая программа "Нанотехнологии и наноматериалы" на 2010-2014 гг.", разработанная Министерством образования и науки и Национальной академией наук Украины. В настоящее время начата подготовка к разработке проекта Закона Украины "О государственном стимулировании развития отечественной наноиндустрии", который будет предложен для рассмотрения в Верховной Раде во второй половине 2014 г.

В то же время государственные структуры, ответственные за развитие инновационной экономики в стране, не уделяют достаточного внимания организации небольших инновационных проектов (исследование, разработка, опытные образцы новой продукции), крайне необходимых потребителям для первоначального ознакомления с предлагаемой технологией и продуктом - с одной стороны, и разработчикам для предварительной оценки возможного объема внутреннего и внешнего рынка - с другой.

Как известно, в странах, развивающих нанотехнологии, существуют многочисленные малые предприятия различных форм собственности и организационной структуры, предлагающие образцы новой продукции для научных исследований и практического применения в количествах от нескольких граммов с "экспериментально" высокой стоимостью.

- Борис Алексеевич, на ваш взгляд, какой базовый вариант нанотехнологии целесообразно в ближайшее время развивать в Украине?

- Современные методы получения свободных наночастиц и частиц в заданных матрицах (материалах) объединяют в две большие группы: химические и физические. Например, химические реакции синтеза наночастиц необходимых форм и размеров из отдельных атомов и молекул в жидкостях или испарение исходных веществ в вакууме с последующей конденсацией паровой фазы в виде наноструктур.

Необходимо отметить, что некоторые варианты указанных методов позволяют регулированием технологических процессов получения наноструктур формировать "отрицательные" наночастицы - нанопоры, являющиеся главным структурным элементом многих материалов. Например, сорбентов.

В настоящее время, видимо, целесообразно пытаться развивать несколько вариантов конкретных технологий и соответствующих продуктов в расчете на то, что в ближайшее время рынок внесет свои коррективы.

Институт электросварки им. Е.Патона предлагает дальнейшее исследование и развитие электронно-лучевых технологий испарения веществ в вакууме и получения новых материалов с микро- и наноразмерной структурой.

- Расскажите, пожалуйста, вкратце, что собой представляют электронно-лучевые технологии, и где они применяются.

- Исследования и разработки в области физических процессов электронно-лучевого испарения веществ были начаты в Институте электросварки им. Е.Патона в начале 60-х гг. прошлого века.

- Почему именно в Институте электросварки?

- К тому времени в лабораториях многих стран физики уже получили испарением в вакууме тонкие металлические пленки с наноразмерными толщинами, структурами и необычными свойствами по сравнению с массивными материалами, а специалисты в Институте электросварки делали лишь первые шаги при сварке металлических материалов практически неограниченных толщин, используя электронный луч как эффективный источник концентрированного нагрева в вакууме. Поэтому при первой встрече Б.Патона и С.Королева по обсуждению возможностей сварки и создания конструкций в космосе были затронуты и задачи получения новых металлических материалов и покрытий для аэрокосмического комплекса на базе двух электронно-лучевых технологий: электронно-лучевой плавки и рафинирования металлов и электронно-лучевого испарения и конденсации веществ в вакууме.

Затем появилось несколько государственных закрытых проектов, направленных на разработку электронно-лучевых технологий, оборудования, материалов и их практического применения. В современной терминологии это были прорывные, инновационные проекты, выполнявшиеся междисциплинарными коллективами.

К середине 80-х гг. новые технологии, материалы и полтора десятка промышленных электронно-лучевых установок, мощностью 250 кВт каждая, использовались в производстве газовых турбин различного назначения на заводах авиационной, судостроительной и газовой промышленности СССР. В частности, в Украинской ССР на Южном турбинном заводе "Заря" и СПБ "Машпроект" (г. Николаев).

Разработчики технологии в 1984 г. были удостоены Ленинской премии (правда, закрытой).

Технологии, разработанной в бывшем СССР, американские эксперты в 1993 г. дали следующую оценку: "…технологией, представляющей интерес для производства материалов и конструкций, является технология электронно-лучевого физического осаждения пара (EB-PVD). В настоящее время в США нет коммерческого источника этой технологии и оборудования.

Вследствие большой коммерческой заинтересованности США в технологии EB-PVD для нанесения покрытия на массивные материалы и волокна, был разработан план для обеспечения доступа к специальным конструкциям украинского оборудования. Будут также получены уникальные технологии процесса EB-PVD, которые принесут производителям США экономическую выгоду.

План включает в себя создание группы организаций США, заинтересованных в технологии EB-PVD, приобретение конструкций оборудования, технологий процесса и оказание технической помощи со стороны Института электросварки им.Е.Патона (PWI), Украина; заключение контрактов с производителями США для производства покрытия общего назначения и покрытий на волокнах; установку обоих систем в Пенсильванском университете; удовлетворение потребностей для развития группы; и передачу технологии для производства изделий США.

Проект EB-PVD окажет глубокое воздействие на семь областей промышленности Северной Америки. К 2005 г. экономический эффект в США превысит 7 млрд долл. через положительное влияние на автомобильную, авиакосмическую, ядерную, медицинскую, электронную, текстильную промышленности и станкостроение".

Подобную оценку технологии и оборудованию давали также американские журналы, например Aviation week (№10, 1993 г.) и Mechanical Engineering (том 117, №10, 1995 г.).

- Как сложилась судьба прорывной технологии после распада Союза?

- С целью продолжения развития электронно-лучевых технологий EB-PVD в 1994 г. было создано государственное хозрасчетное предприятие "Международный центр электронно-лучевых технологий Института электросварки им. Е.Патона Национальной академии наук Украины" co штатной численностью 30 человек.

В основу деятельности МЦЭЛТ был заложен инновационный цикл: исследование, разработка, новое оборудование, изготовление опытных образцов продукции для заказчика. Поэтому в штате центра были предусмотрены специалисты в достаточно широком диапазоне их квалификаций: от исследователей физических процессов испарения и конденсации веществ до разработчиков технологических процессов и оборудования, включая его сборку из частей, изготовленных на наших предприятиях (вакуумные камеры, механизмы) или в Европе (вакуумная техника, микроэлектроника).

За прошедшие 19 лет выполнено значительное количество проектов по освоению EB-PVD со многими странами. Началом активного международного сотрудничества можно считать организацию в 1995-1996 гг. небольших лабораторий EB-PVD в Пенсильванском университете (США) и Пекинском университете аэронавтики и астронавтики (КНР). Затем сотрудничество распространилось на исследовательские центры и промышленные предприятия США, Китая, Индии, Канады. В настоящее время в этих странах работает
11 электронно-лучевых установок. Через четыре месяца их будет 13. В январе 2014 г. в КНР начнут действовать еще две установки.

По данным национального бизнес-рейтинга за 2010 г. МЦЭЛТ признано "Государственным предприятием-2010" по направлению "Исследования и разработки в области естественных наук" (5-е место среди более 300 тыс. предприятий Украины). В 2011-2012 гг. МЦЭЛТ занимает 18-е место (серебряный рейтинг).

К сожалению, за почти 20-летний период МЦЭЛТ не имел реальных заказов внутри Украины. В настоящее время обсуждается программа сотрудничества по развитию электронно-лучевой технологии на Государственном предприятии научно-производственного комплекса газотурбостроения "Зоря"-"Машпроект" (г. Николаев) и АО "Мотор-Січ" (г. Запорожье).

МЦЭЛТ ориентирован на инновационные разработки наноструктурных функциональных материалов для машиностроения, медицины (фармации) и экологии (экологический катализ).

- В свое время вы говорили о перспективности применения электронно-лучевой технологии в медицине, в частности, при создании новых лекарственных препаратов. Видимо, речь идет о так называемых нанопрепаратах? Насколько нам известно, в области нанофармакологии и создания лекарств с новыми свойствами украинские ученые достигли впечатляющих результатов. Но продолжение исследований тормозится из-за отсутствия средств, да и раньше эти работы зачастую проводились, так сказать, на общественных началах. В то же время в развитых странах подобные исследования проплачивают фармкомпании. Что-то изменилось к настоящему времени?

- Система осталась прежней. Увеличилось только число членов нашего "клуба любителей электронно-лучевой технологии". То есть все это время мы сотрудничали с коллегами из медицинских университетов и академических институтов Киева, Харькова, Львова, Полтавы в режиме "свободных художников". Центр изготовил образцы более 20 порошкообразных лекарственных субстанций с наночастицами серебра, меди и железа для "конструирования" и разработки новых лекарственных форм.

К настоящему времени уже получено пять патентов Украины и один патент России.

- Фармпроизводители проявляют интерес к вашим разработкам?

- Я предлагал некоторым нашим производителям лекарств рассмотреть возможность их производства, но получал уклончивый ответ, смысл которого таков: деньги можно зарабатывать и без инноваций.

- Возвращаясь к аллегории, прозвучавшей в начале этого интервью, последний вопрос: поезд уже ушел, виден только его хвост. Что делать?

-Догнать. Вскочить на ходу в общий вагон научно-технического и экономического прогресса и занять еще свободное место Украины. Естественно, для этого необходимы активные неотложные действия государства в организации и поддержке отдельных инновационных проектов с различными формами собственности и объемами финансирования.

Для справки. Нанотехнология представляет собой современный комплекс научных знаний, способов и средств направленной и регулируемой сборки (синтеза) из атомов и молекул материалов и изделий, элементы структур которых имеют размеры менее 100 нанометров. К примеру, современная микроэлектроника базируется на тонкопленочных материалах с подобной наноразмерной структурой. "Нано" - греческое слово, означающее "карлик". Один нанометр равен одной миллионной доле миллиметра. Средняя толщина человеческого волоса равна 50 тыс. нанометров.

Развитие нанотехнологий происходит на стыке различных наук и требует междисциплинарных подходов к организации труда исследователей и разработчиков и, естественно, соответствующего финансирования, глобальные размеры которого уже исчисляются миллиардами и которое осуществляются, как правило, государством и частными компаниями.