У нас є значні шанси вижити...

Ще недавно наше суспільство сповідувало принцип: гарне те, що найбільше в світі. В Україні були найбільші у світі домни, найбільші колони синтезу аміаку, най, най... Цікаво, що все це було тоді, коли розвиток техніки почав іти іншим шляхом. Нова філософія сучасної техніки — реалізувати максимальну функцію в мінімальному обсязі. Вершинним проявом напрямку виявилися нанотехнології. І раніше розвивалися мікробіологія, мікроелектроніка, мікроприладобудування, але опустившись ще однією сходинкою нижче, в наносвіт, учені зрозуміли — там узагалі існує цілком інший світ із можливостями, що значно перевершують усе те, про що тільки могли мріяти інженери.

— У значній мірі кількість часток, атомів, молекул значно перевищує площа поверхні, що їх оточує. І поводиться великий обсяг речовини, немов качан капусти, де окисляється тільки поверхневий лист, а всередині він зберігає початковий стан. Хоча, якщо його розібрати на листки, то відкрита поверхня значно збільшиться, буде взаємодіяти з повітрям і окислюватися, — розповів директор Інституту загальної та неорганічної хімії ім. В.Вернадського, академік НАНУ Сергій ВОЛКОВ.

Образ качана капусти певною мірою може пояснити те, з чим зіштовхнулися вчені, проникнувши в наносвіт. Тут часточки, що становлять мільярдну частину метра, поводяться цілком не так, як би поводились у великій кількості речовини. Вони стають дуже активними. Оскільки поверхнева енергія в них дуже велика, то температура плавлення, ширина забороненої зони та інші фізичні параметри стають непостійними, а залежать від числа частинок. Тому частинки розміром від 1 до 10 нанометрів мають унікальні хімічні, фізико-хімічні та фізичні властивості. Видатний фізик, лауреат Нобелівської премії Річард Фейнман ще в 60-х роках пророкував, що розвиток техніки управління нанорозмірами дозволить змінити світ.

Сергій Васильович розповів про те, що в сучасної школи українських учених, що займаються нанонауками, в Академії наук України були геніальні попередники. Досить згадати, що саме Володимир Вернадський створив лабораторію, з якої пізніше постав Інститут загальної та неорганічної хімії, названий його ім’ям. Згодом на директорській посаді його змінив Олександр Плотніков, потім Антон Думанський, а його, у свою чергу, Юрій Делимарський. Усі вони — великі вчені, які володіють даром передбачення.

Приміром, Ю.Делимарський займався розплавами. Ще 1964 року він одержав дисперсну сажу. Вчені створили нанолічильники, що в наш час зробили переворот у науці. Нині для них вигадали навіть спеціальну назву — нанотрубки. Вони мають форму трубок або тонких волокон. Але це відкриття зробили в Інституті загальної та неорганічної хімії півсторіччя тому! Та через те, що не було електронних мікроскопів, аби побачити й зафіксувати відкриття, його друге народження відклали на десятиріччя. Щоправда, авторами вже назвали зовсім інших учених. А тоді в статті, опублікованій у «Доповідях Академії наук УРСР», нанотрубки названі просто й невигадливо — «мілкодисперсні частки».

— Це не єдине велике відкриття, — вважає Сергій Васильович, — що народилося в нашому інституті ще до того, як заговорили про нанотехнології. Електрохіміки давно знають про можливість розчиняти метали анода і про те, що при цьому з’являються «атомарні» частинки. Оскільки в них значний надлишок поверхневої енергії, частинки швидко злипаються, внаслідок чого виникають більш крупні утворення. Співробітник інституту Эміль Натансон ще в 40-х роках розчиняв метал у полімерному середовищі. Так був виготовлений перший металополімер, що згодом застосовувався в магнітному записі інформації та ін.

До речі, він також не називав це наночастинками, хоча фактично вони були такими. Ми в інституті багато років працювали з дрібними об’єктами, не підозрюючи про різноманіття їхніх властивостей, — розповів Сергій Волков. — А коли ми з допомогою електронної мікроскопії, мас-спектрометрії, побачили те, з чого вони складаються, то зрозуміли, що давно маємо справу з наночастинками, наділеними унікальними сорбціонними, каталітичними й фізико-технічними властивостями.

Взагалі, слід зазначити, що фізична хімія була чудово розвинена в Радянському Союзі й при цьому явно недооцінена світовим науковим товариством. У нашій країні працювали два хіміки, що мали стати лауреатами Нобелівської премії: Євген Завойський, який відкрив електронний парамагнітний резонанс, і Михайло Цвєт, який ще 1906 року розробив хроматографію. Ці відкриття проклали шлях до двох найважливіших світових напрямів у приладобудуванні. На жаль, західний світ не оцінив належне цих авторів. М.Цвєту взагалі не поталанило — почалася революція, і було не до його відкриття. А Е.Завойський напевно одержав би Нобелівську премію, якби не помер так рано і просто не встиг пройти нелегкий шлях до визнання.

У нашому інституті розроблені засоби синтезу та вивчення наночастинок. Щоправда, сучасного електронного мікроскопа, який дозволяє не тільки їх бачити, але й управляти ними, конструювати й будувати необхідні структури з атомів, ми не маємо, хоча у світі це досить часто практикують. Але ми повинні по своєму ліжку протягати ніжку.

Іноді можна почути скарги з приводу того, що нанотехнологіям, аби стати інструментом промисловості, потрібно багато мільярдів доларів, і тому вони, мовляв, не зможуть розвиватися зараз. Гадаю, це не так. Якщо підсумовувати загальні витрати на застосування нанотехнологій скрізь — від побуту до геології, то, може, й потрібно стільки грошей. Але якщо орієнтуватися на проривні напрямки, то вистачить і кількох мільярдів, що вже виділяють уряди багатьох країн.

У нашій області розвиток на цьому напрямку досить успішний у сорбціонних процесах, де потрібні відкриті електронні оболонки, що дозволяють адсорбувати багато частинок. Найцікавіший напрямок тут сьогодні — антиоксиданти, зокрема фуллерени. Американці розробили антиоксиданти, в які вводиться фуллерен. Такі препарати працюють на рівні кращих засобів опромінювальної терапії при післяопераційному лікуванні онкологічних хворих. Другий несподіваний приклад використання нанотрубок — для виготовлення прозорих бронежилетів. Цього року американці надали 10 млн. дол. на розробку та доводку тонких бронежилетів, що будуть міцнішими ніж сталь. Великі кошти виділені й на космічний захист із використанням нанотрубок.

Якщо визначати місце України в нанотехнологіях, то я вважаю, що ми зараз перебуваємо десь в кінці списку розвинених країн. Про наш інститут можу сказати, що він передовий в Україні щодо розробки хімічних засобів одержання наночастинок; у ньому зроблені успішні спроби розробок для промисловості. Запатентовано установки з виробництва нанотрубок-фуллеренів, а також нова методика мікродугового оксидування безпосередньо в розчині.

Ми мали змогу спостерігати надзвичайно гарні картини з вуглеводневих структур. Вони перспективні для сорбціонних процесів і, зокрема, для створення фільтрів для води. Новітні закордонні роботи показують, що такі пристрої дозволять фільтрувати морську воду, прикладаючи потенціал до трубок.

Загалом, у нас є досить цікаві розробки для промисловості, проте вона не поспішає їх використовувати. Поки що до них більший інтерес виявляють закордонні фірми. Ми змушені шукати місце, аби докласти наших зусиль за кордоном. Нещодавно утворили українсько-китайський науковий центр.

Якщо оцінювати наші шанси вижити в сучасному науковому світі, то вони досить значні. Переважно наші найбільші перспективи зосереджені на каталітичному та сорбціонному хімічному напрямках розвитку. Втім, тут ми традиційно сильні. Підбадьорюють і фізико-технічні аспекти. Якщо ми вирішимо в недалекому майбутньому проблему із забезпеченням наших учених устаткуванням, а молодих співробітників — житлом, певен, що цей напрямок у нанотехнологіях про себе ще заявить з найкращого боку.