Глава 3. Спектр наноисследований.

Область нанотехнологий очень обширна и касается многих дисциплин, обусловливающих широкий спектр потенциальных направлений исследований. На сегодняшний день нанотехнологии развиваются в тре9х основных направлениях:

- изготовление электронных схем, элементы которых состоят из нескольких атомов;

- создание наномашин, т. е. механизмов и роботов размеромс молекулу;

- сборка всевозможных объектов из молекул и атомов.

Рис. 3. Сегментирование рынка нанотехнологий по направлениям исследований в 2009 г.

 

В Казахстане имеется определенный задел в научно-исследовательских работах в области нанотехнологий. Многие направления химии и биотехнологии давно работают на молекулярном уровне. С 2003 г. исследования наноструктур по отдельным направлениям стали проводиться по программам фундаментальных исследований Министерства образования и науки Республики Казахстан. С 2006 г. прикладные исследования по наноматериалам и нанотехнологиям финансируются Министерством индустрии и торговли в рамках программы «Разработка перспективных новых материалов различного назначения на 2006-2008 гг.».

Фронт исследований нанотехнологий и проблем нанонауки в рамках программы широк и охватывает 85 проектов, в реализации которых участвуют 29 организаций. Головной организацией является АО «Центр наук о земле, металлургии и обогащении».

На выполнение заданий программы выделено 734,94 млн тенге в 2007-2009 гг., в том числе 230,84 млн тенге в 2007 г. Следует заметить, что уровень финансирования исследований по нанотехнологиям в Казахстане весьма невысок, даже по сравнению с Россией (134 млрд руб., или 5 млрд дол. на 2007-2012 гг.), не говоря уже о бюджете развитых стран.

В соответствии с программой бывшие академические, вузовские и отраслевые лаборатории в определенной степени переориентированы на исследования в области нанотехнологий и наноматериалов.

Программа включает 5 блоков (подпрограмм):

1. Разработка и исследование нанотехнологий в горно-металлургическом комплексе.

2. Разработка наноматериалов и нанотехнологий для энергетических систем нового поколения.

3. Использование нанотехнологий для получения бионаноматериалов и регуляции процессов в биологических системах.

4. Создание квантово-размерных структур для микроэлектроники и информационных технологий.

5. Разработка и использование наноматериалов и нанотехнологий в нефтегазовой и химических отраслях Казахстана.

Таким образом, нанотехнологические исследования осуществляются в привязке к приоритетам научно-технологического развития страны.

Как показал анализ, по данным госрегистрации в Казахстане исследования в области нанотехнологий были начаты в 1999-2001 гг. В целом в ходе анализа фондов были выявлены 70 отчетов о НИОКР по нанотехнологическим направлениям и 10 диссертаций (8 кандидатских и 2 докторских), выполненных с 2001 по 2007 г. В исследованиях участвовали 17 НИИ и вузов республики.

Наибольшее число работ выполнены в: НИИ экспериментальной и теоретической физики при КазНУ им. аль-Фараби (18 НИОКР), Физико-техническом институте (10 НИОКР), Институте проблем горения (8 НИОКР), Институте органического катализа и электрохимии им. Д. В. Сокольского (8 НИОКР), Национальном центре по комплексной переработке минерального сырья (НЦ КПМС - 5 НИОКР), Южно-Казахстанском университете им. М. Ауэзова (4 НИОКР), Институте химических наук им. А. Бектурова (3 НИОКР). Исследования в области нанотехнологий проводит Евразийский национальный университет им. Л. Гумилева (3 НИОКР), Карагандинский филиал НИИ специального материаловедения (3 НИОКР), Институт фитохимии (3 НИОКР). Разрабатываются нанотехнологии в Казахском Национальном техническом университете им. К. Сатпаева (КазНТУ), Карагандинском металлургическом институте, Карагандинском индустриальном институте, Восточно-Казахстанском государственном университете.

Из 70 отчетов о НИОКР и 10 диссертаций 66 работ относятся к области физики и химии, химической технологии.

Анализ данных показывает, что основное внимание казахстанских ученых направлено на получение наноструктурированных материалов, в первую очередь на основе кремния.

Важнейшей компонентой нанотехнологий является химический синтез нанопродуктов. Это обусловило большой интерес и значительное количество работ казахстанских ученых-катапитиков по созданию катализаторов, содержащих наноструктуры, и изучению их характеристик. Разрабатываются также методы, в основном электрохимические, получения наноструктурированных композиционных покрытий.

В настоящее время в мировой практике значительную часть нанотехнологических исследований составляют биомедицинские приложения. В Казахстане спектр направлений исследований в этой области относительно узок и работы пока немногочисленны. Продуктивно (3 диссертации) работают казахстанские специалисты по созданию средств доставки лекарственных препаратов к больному органу.

Рассмотрим более детально некоторыеработы. Среди наноструктурированных материалов, над созданием ко-

торых работают казахстанские ученые, можно выделить кремний и углерод. Материалы на основе кремния, ориентированные на использование в основном в энергетике, разрабатывает преимущественно НИИ экспериментальной и теоретической физики при КазНУ им. аль-Фараби, углеродсодержащими материалами занимается в большей степени по сравнению с другими НИИ и вузами Институт проблем горения при КазНУ (7 отчетов о НИОКР из 18 и 2 диссертации). Синтезируются продукты многофункционального назначения.

Разработаны технологические рекомендации по получению углеродных нанотрубок и фуллеренов, получению наноуглеродных композитов. Разработан метод получения наноструктурированного углерода для химических источников тока.

Казахстанские ученые работают также над получением алмазных кластеров и наноматериалов, порошков для получения пористой керамики, углеродных нановолокон, нанотруб. Наноструктурные каталитические композиты разрабатываются в основном в Институте органического катализа и электрохимии им. Д. В. Сокольского, а также в Институте проблем горения при КазНУ им. аль-Фараби.

Разработаны наноструктурные сорбенты в НЦ КПМС РК (для извлечения хрома и мышьяка из сточных вод, золота и серебра из технологических растворов). В Институте проблем горения при КазНУсоздан и опробован экспериментальный образец сорбента. Синтез и изучение нанокристаллических материалов для создания сенсоров токсичных газов и взрывчатых веществ - одно из направлений исследований в Физико-техническом институте. На создание биосенсорных устройств нового поколения направлены исследования и разработки, проводимые в Институте химических наук им. А. Б. Бектурова.

Разработка физико-технологических основ создания и формирования покрытий на основе хрома в ультразвуковом поле проводится в Институте металлургии и обогащения.

Синтезом наноструктурированных материалов медико-биологического назначения занимаются в Институте проблем горения при КазНУ. Опробованы экспериментальные образцы сорбентов для выделения стимуляторов роста и гемосорбции.

В Казахском медицинском институте в опытах invivo определена перспек-

тивность применения наночастиц в качестве средств доставки антибиотиков на моделях опухолей.

В Карагандинском государственном индустриальном университете проводятся разработка и развитие теоретических основ получения наноструктурных материалов энергосберегающими технологиями.

Перспективы развития нанотехнологий в Казахстане связаны не только с развивающейся нанонаукой в рассмотренных направлениях, но и возможными и необходимыми организацией и развитием производства нанопродуктов, при этом Казахстану нужно найти свою нишу в мировом нанопроизводстве.