РЕЦЕНЗИЯ

 

 «Современное развитие нанотехнологии»

 

Дипломная работа Косановой Г.Т  имеет реферативный, обзорный характер. Был проведен обобщающий анализ статей, выступлений, теоретического материала в области нанотехнологий.Цель теоретического исследования состоит в раскрытии современного развития нанотехнологий, а также раскрыть методы иследования наноразмерных объектов, особенности физических процессов в области нанотехнологий.

Структура рецензуемой  работа состоит из следующих разделов: реферат; глоссарий; содержание; введение; основная часть; заключение; список литературы.

Основная часть дипломной работой включает основное определение и научные основы нанотехнологии, методы иследования наноразмерных объектов, а также приоритетные направления нанотехнологии и тенденции развития. Новизна работы состоит в метрологическом обеспечение, стандартизация и оценка соответствия нанотехнологий и нанопродукции и измерений длины в микрометровом и нанометровом диапазонах и их внедрение в микроэлектронику и нанотехнологию.

В результате обзорно-реферативной выпускной работы дипломницей были раскрыты все направление нанотехнологий и современное развитие этой облости.

Материал дипломной работы Косанлвой Г.Т изложен логически, последовательно, конкретно и хорошо оформлен.

Считаю, что дипломная работа Косановой Г.Т удовлетворяет всем требованиям, предъявляемых к дипломным работам, как по содержанию, так и по оформлению, и заслуживает оценки « отлично»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Обьем работы: страницы, использованный источник, рисунка.

Перечень ключевых слов: Нанотехнология, наночастицы, наноматериалы, метрологическое обеспечение, сканирующая зондовая микроскопия, нанометрология.

Дипломная работа посвящена актуальной теме по современному направлению развития нанотехнологий.

Цель теоретического исследования состоит в раскрытии современного направления развития нанотехнологий, а также раскрыть методы иследования наноразмерных объектов, особенности физических процессов в области нанотехнологий и метрологическое обеспечение нанотехнологий.

     Был проведен обобщающий анализ статей, выступлений, теоретического материала в области нанотехнологий. Данная тема дипломной работы заинтересовала меня своими перспективами, которые открываются для человечества способностью вывести жизнь людей на абсолютно новый уровень.

      Рассмотрены публикации зарубежных  ученых о нанотехнологий для лучшего понимания и конкретного представления данной темы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛОССАРИЙ

 

       Нано — приставка, 10^-9м означающая десять в минус девятой степени, или одну миллиардную долю метра.

     Технология (от греч. Techne – искусство, мастерство, умение и логия) – совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции. Задача технологии как науки – выявление физических, химических, механических и других закономерностей с целью определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных производственных процессов.

Нанотехнология – совокупность методов и способов синтеза, сборки, структуро- и формообразования, нанесения, удаления и модифицирования материалов, включая систему знаний, навыков, умений, аппаратурное, материаловедческое, метрологическое, информационное обеспечение процессов и технологических операций, направленных на создание материалов и систем с новыми свойствами, обусловленными проявлением наномасштабных факторов.

       Нанотехнология — область прикладной науки и техники, занимающаяся изучением свойств объектов и разработкой устройств размеров порядка нанометра (по системе единиц СИ, 10^{-9 метра).}

Наносистема – материальный объект в виде упорядоченных или самоупорядоченных, связанных между собой элементов с нанометрическими характеристическими размерами, кооперация которых обеспечивает возникновение у объекта новых свойств, проявляющихся в виде квантово-размерных, синергетически-кооперативных, «гигантских» эффектов и других явлений и процессов, связанных с проявлением наномасштабных факторов.

Наноматериалы – вещества и композиции веществ, представляющие собой искусственно или естественно упорядоченную или неупорядоченную систему базовых элементов с нанометрическими характеристическими размерами и особым проявлением физического и (или) химического взаимодействий при кооперации наноразмерных элементов, обеспечивающих возникновение у материалов и систем совокупности ранее неизвестных механических, химических, электрофизических, оптических, теплофизических и других свойств, определяемых проявлением наномасштабных факторов.

Наночастицы (нанопорошки) – это малоразмерные твердые вещества, геометрический размер которых изменяется от десятых долей до 100 нм.

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ
1  ОСНОВНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ И НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ. ИСТОРИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ. НАНОЧАСТИЦЫ. НАНОМАТЕРИАЛЫ.
1.1 Приоритетные направления нанотехнологии и основные тенденции развития.
1.2 Подходы нанотехнологии. «Сверху-вниз», «снизу-вверх». Принципы манипуляции атомами и молекулами
2 МЕТОДЫ ИСЛЕДОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ. ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИИ.
2.1 Сканирующая зондовая микроскопия. Основные принципы (СЗМ).
2.2 Электронная микроскопия. Оптическая микроскопия.
3 НАНОТЕХНОЛОГИЯ И НАНОМЕТРОЛОГИЯ
3.1 Метрологическое обеспечение, стандартизация и оценка соответствия нанотехнологий и нанопродукции.
3.2 Метрологическое обеспечение измерений длины в микрометровом и нанометровом диапазонах и их внедрение в микроэлектронику и нанотехнологию.

 

ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ СПИСКА ЛИТЕРАТУРЫ

 

Книги и монографии:

1. Портер М. Международная конкуренция. – М.: Международные отношения, 1993. – 896 с.
2. Кошанов А.К., Жатканбаев Е.Б., Болатханова З.А. Формирование государственного предпринимательства в Республике Казахстан в условиях смешанной экономики. — Алматы: «Казак университетi», 2000 – 172 с.
3. Уровень жизни населения в Казахстане. Статистический сборник. – Алматы, 2007. – 284 с.

 

Периодические издания: 

 

4. Нуреев Р. Теория общественного выбора // Вопросы экономики. – 2003. — № 5. —  С. 127-152.
5. Барлубаев А. Управление государственной собственностью в Республике Казахстан // Саясат. – 2002 — № 9-10. —  С. 43-49.
6. Тажибаев С. Есть у вуза собственный ресурс //Казахстанская правда от 17 марта 2009 года

 

Возможно сокращение названий журнала в соответствии с приня­тыми в каждой специализации нормами, например: МЭиМО

 

Список статей и непериодических изданий:

 

7. Мамыров Н.К. Стратегия экономического развития Республики Казахстан в системе мирового хозяйства // В кн.: Трансформация экономики Казахстана. – Алматы: ИЭ МОН РК, 2002. — С. 215-223

 

Интернет – ссылки:

 

8. Моргунов В.П. Мировой опыт повышения темпов экономического роста http://www.morgunov.ru

 

Нормативно-правовые акты:

 

1. Республика Казахстан. Закон от 1 апреля 1999 года, № 358 – 1 3РК. О бюджетной системе. — Астана.: Ақорда, 1999. – 232 с.
2. Республика Казахстан. Закон от 27 июля 2007 года, № 319 – ІІІ Об образовании // Казахстанская правда от 15 августа 2007 года

 

 

 

                                                 ВВЕДЕНИЕ

 

Для понятия нанотехнология, пожалуй, не существует исчерпывающего определения, но по аналогии с существующими ныне микротехнологиями следует, что нанотехнологии — это технологии, оперирующие величинами порядка нанометра. Поэтому переход от «микро» к «нано» — это качественный переход от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами. Нанотехнология — совокупность процессов, позволяющих создавать материалы, устройства и технические системы, функционирование которых определяется наноструктурой, т.е. её упорядоченными фрагментами размером от 1 до 100 нм (10^-9м; атомы, молекулы). Греческое слово «нанос» примерно означает «гном». При уменьшении размера частиц до 100-10 nm и менее, свойства материалов (механические, каталитические и т.д.) существенно изменяются. Уникальность нанотехнологий в том, что нанотехнология начала развиваться на основе научных открытий, в которых  изучались объекты крупнее молекулы, но меньше одного микрона. Объекты больше одного микрона видны в световой микроскоп. Кроме того,  нанотехнология имеет дело с веществами, которые проявляют свои уникальные свойства в нанограммовых концентрациях. Ее уникальность заключается в том, что именно наноструктуры обладают совершенно новыми, ранее не известными свойствами. Нанотехнология оказала революционизирующее влияние на развитие космических технологий, автомобилестроения, создание уникальных покрытий для стадионов и крупных объектов. Для медицины созданы тончайшие, гибкие и прочнейшие нанозонды из золота для изучения процессов и диагностики патологий мозга. Такие зонды не препятствуют току крови даже в капиллярах. Таким образом, нанотехнология родилась из достижений науки, которая впервые стала изучать  наноструктуры и взаимодействия в наномасштабах. Развитие нанотехнологии уже оказало существенное влияние на ряд отраслей промышленности и развитие инновационных технологий в Казахстане и в мире. Это могут быть новые технологии для горнодобывающей и металлургической, химической  отрасли, а также для легкой и тяжелой промышленности. Особенно применение  нанотехнологии способствует прогрессу в медицине и сельском хозяйстве. Термин нанонаука используется в настоящее время для обозначения исследований явлений на атомном и молекулярном уровне и научного обоснования процессов нанотехнологии, конечной целью, которой является получение нанопродуктов. Нанонаука, таким образом, может рассматриваться как начальная стадия нанотехнологии, когда до продукции еще достаточно далеко.В отличие от традиционных технологий нанотехнологии характеризуются повышенной наукоёмкостью и затратностью, а также междисциплинарностью и неэффективностью решения задач методом “проб и ошибок”. Стремительное развитие науки и техники, осуществляемое на основе развитой нанотехнологии, за рубежом называют наноиндустриальной революцией.

 

1 ОСНОВНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ И НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ. ИСТОРИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ. НАНОЧАСТИЦЫ. НАНОМАТЕРИАЛЫ.

 

В последнее время в наше сознание быстро вошло модное и короткое слово «нано» с большим потенциалом. Прогресс естественных и инженерных наук привел к началу XXI века рождение новой научно-технической отрасли, получившей название «нанотехнология». В настоящее время нанотехнология превратилась из научного лозунга о перспективах в индустриальное стратегическое направление, которое в ближайшем будущем определит лиде- ров мирового экономического роста.

Мировым сообществом ученых развитие нанотехнологий признано самым перспективным направлением XXI века. Сформировалась новая индустриальная область нанонаука, рассматриваемая как совокупность знаний о фундаментальных свойствах вещества в нанометровом масштабе. Ее результаты реализуются в нанотехнологии путем создания новых материа- лов, функциональных структур и устройств, использующих атомные, молекулярные и нано- метровые уровни.

Приставка  нано —  (от греческого NANNOS — карлик, гном) означает одну миллиардную (10 ^-9) долю чего-либо. Один нанометр (сокращенно 1 нм) равен 1/100000000000 метра или — это ряд всего из десяти атомов водорода. Чтобы человек представил этот масштаб, приведены примеры, что, толщина человеческого волоса составляет примерно 50000 нанометров, клетка бактерии измеряется несколькими сотнями нанометров, а наименьшие элементы в микрочипах электроники составляют 130 нанометров. Нанотехнология имеет дело с разнообразными структурами вещества, характерный размер которых порядка миллиардных долей метра. Хотя слово нанотехнология является относительно новым, устройства и структуры нанометровых размеров не новы.

Прогнозируемый вклад нанотехнологии в развитие человечества до 2025 года станет сравнимым с влиянием информационных технологий.

Таким образом, нанотехнология — это совокупность методов производства веществ с заданной атомарной структурой путем манипуляции с самыми маленькими физическими субстанциями — атомами и молекулами.

  Первооткрывателем нанотехнологий можно считать греческого философа Демокрита. Именно он впервые использовал слово «атом» для описания самой малой частицы вещества.

В начале XX века знаменитый физик А.Эйнштейн доказал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр.

Немецкие физики М.Кнолл и Э.Руска в начале 1930 годов прошлого столетия создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать наноструктуры.

1959 году американский физик Р.Фейнман научно доказал, что с точки зрения фундаментальных законов физики нет никаких препятствий к тому, чтобы создавать вещи прямо из атомов.

В конце 60-х годов XX века научные сотрудники американской компании Белл (Bell), Альфред Чо и Дж. Артур, разработали теоретические основы нанообработки поверхностей.

Японский физик Н.Танигучи в 1974 ввел в научный оборот слово «нанотехника», предложив называть так механизмы размером менее одного микрона.

В 1981 году, лауреаты Нобелевской премии, немецкие физики Г.Биннинг и Г.Рорер создали сканирующий туннельный микроскоп — прибор, позволяющий осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне.

В середине 80-х годов прошлого столетия американские физики Р.Кэрл, Х.Крото и Р.Смолли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы диаметром в один нанометр. Создан атомно-силовой микроскоп, позволяющий, в отличие от туннельного микроскопа, осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только производящими.

Американский футуролог Э.Дрекслер издал книгу для широкой публики об активном развитии нанотехнологии в жизнедеятельности человека.

В конце прошлого столетия Д.Эйглер, сотрудник компании IBM (США), выложил название своей фирмы атомами ксенона. А голландский физик С.Деккер создал нанотранзистор.

   Основным определением нанотехнологией называется 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, наноустроиств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами.

Нанотехнологий— совокупность методов и приёмов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100нм, хотя бы в одном измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществить их интеграцию в полноценно функционирующие системы большого масштаба; в более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов». Нанотехнологии: любые технологии создания объектов, потребительские свойства которых определяются необходимостью контроля и манипулирования отдельными наноразмерными объектами. Нанотехнологические процессы могут проводиться в различных средах: вакууме, газах и жидкостях. В вакууме, в основном, проводятся процессы полевого испарения материала с иглы на подложку и наоборот. Значительно большие технологические возможности открываются в установках с напуском технологических газов. В газовых средах проводят локальные химические реакции, позволяющие, по сравнению с вакуумными установками, расширить диапазон используемых материалов, повысить производительность технологических установок.Часто употребляемое определение нанотехнологии как комплекса методов работы с объектами размером менее 100 нанометров недостаточно точно описывает как объект, так и отличие нанотехнологии от традиционных технологий и научных дисциплин.

Объекты нанотехнологий, с одной стороны, могут иметь характеристические размеры указанного диапазона:

• наночастицы, нанопорошки (объекты, у которых три характеристических размера находятся в диапазоне до 100 нм);
• нанотрубки, нановолокна (объекты, у которых два характеристических размера находятся в диапазоне до 100 нм);
• наноплёнки (объекты, у которых один характеристический размер находится в диапазоне до 100 нм).

С другой стороны, объектами нанотехнологий могут быть макроскопические объекты, атомарная структура которых контролируемо, создаётся с разрешением на уровне отдельных атомов. Нанотехнологии качественно отличаются от традиционных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические, технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул или агрегатов молекул, квантовые эффекты. В практическом аспекте это технологии производства устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и частицами, размеры которых находятся в пределах от 1 до 100 нанометров. Однако нанотехнология сейчас находится в начальной стадии развития, поскольку основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее, проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных результатов позволяет относить её к высоким технологиям. При работе с такими малыми размерами проявляются квантовые эффекты и эффекты межмолекулярных взаимодействий, такие как Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия. Нанотехнология и, в особенности, молекулярная технология — новые области, очень мало исследованные. Развитие современной электроники идёт по пути уменьшения размеров устройств. С другой стороны, классические методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройства уменьшается не намного, зато экономические затраты возрастают экспоненциально. Нанотехнология — следующий логический шаг развития электроники и других наукоёмких производств. Большое распространение получили такие термины с приставкой «нано», как «нанотехнология», «наноматериалы», «наносистема». 

     Нанотехнология – совокупность методов и способов синтеза, сборки, структуро- и формообразования, нанесения, удаления и модифицирования материалов, включая систему знаний, навыков, умений, аппаратурное, материаловедческое, метрологическое, информационное обеспечение процессов и технологических операций, направленных на создание материалов и систем с новыми свойствами, обусловленными проявлением наномасштабных факторов.

      Наносистема – материальный объект в виде упорядоченных или самоупорядоченных, связанных между собой элементов с нанометрическими характеристическими размерами, кооперация которых обеспечивает возникновение у объекта новых свойств, проявляющихся в виде квантово-размерных, синергетически-кооперативных, «гигантских» эффектов и других явлений и процессов, связанных с проявлением наномасштабных факторов.

Наноматериалы – вещества и композиции веществ, представляющие собой искусственно или естественно упорядоченную или неупорядоченную систему базовых элементов с нанометрическими характеристическими размерами и особым проявлением физического и (или) химического взаимодействий при кооперации наноразмерных элементов, обеспечивающих возникновение у материалов и систем совокупности ранее неизвестных механических, химических, электрофизических, оптических, теплофизических и других свойств, определяемых проявлением наномасштабных факторов.

Наносистемотехника – совокупность методов моделирования, проектирования и конструирования изделий различного функционального назначения, в том числе наноматериалов, микро- и наносистем с широким использованием квантово-размерных, кооперативно-синергетических, гигантских эффектов и других явлений и процессов, проявляющихся в условиях материальных объектов с нанометрическими характеристическими размерами элементов.

      Наночастицы (нанопорошки) – это малоразмерные твердые вещества, геометрический размер которых изменяется от десятых долей до 100 нм. Понятия «наночастицы» и «нанопорошки» во многом перекрываются, но, конечно, следует иметь в виду возможный изолированный характер первых и обязательно совокупный вид последних (порошок — это совокупность находящихся в соприкосновении индивидуальных твердых частиц небольших размеров (от 0,001 до 103 мкм)).

    Считается, что наночастицы с уменьшением размера переходят в кластеры,    содержащие от 10 до нескольких тысяч атомов (по разным данным, примерно до 2000 — 10 000). Полагают также, что для кластеров, в отличие от кристаллических частиц, характерна потеря трансляционной симметрии. К наночастицам сейчас относят и полупроводниковые квантовые точки, и полимерные дендримеры. .Современная тенденция к миниатюризации показала, что вещество может иметь совершенно новые свойства, если взять очень маленькую частицу этого вещества. Частицы, размерами от 1 до 1000(свыше 100 нанометров наночастицами можно назвать их условно) нанометров обычно называют «наночастицами». Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например, сверхтонкие пленки органических материалов применяют для производства солнечных батарей. Такие батареи, хоть и обладают сравнительно низкой квантовой эффективностью, зато более дешевы и могут быть механически гибкими. Удается добиться взаимодействия искусственных наночастиц с природными объектами наноразмеров — белками, нуклеиновыми кислотами и др. Тщательно очищенные, наночастицы могут самовыстраиваться в определенные структуры. Такая структура содержит строго упорядоченные наночастицы и также зачастую проявляет необычные свойства.

Далее перечислены лишь некоторые из приоритетных направлений нанотехнологии, разрабатывающих новые перспективные методы, материалы и устройства:

• молекулярный дизайн материалов и веществ с заданными свойствами, значительно превосходящими свойства их современных аналогов;
• нанопроцессоры с низким уровнем энергопотребления и существенно более высокой производительностью;
• небольшие по размеру запоминающие устройства с огромным (мультитерабитным) объемом памяти;
• новые лекарственные препараты и методы их введения в организм (проблемы сверхмалых доз и их адресной доставки);
• новые методы мониторинга окружающей среды и организма человека с использованием наносенсоров.

Среди наноматериалов можно выделить несколько основных разновидностей: консолидированные материалы, нанополупроводники, нанополимеры, нанобиоматериалы, фуллерены и тубулярные наноструктуры, катализаторы, нанопористые материалы и супрамолекулярные структуры.

К консолидированным наноматериалам относят компакты, пленки и покрытия из металлов, сплавов и соединений, получаемые методами порошковой технологии, интенсивной пластической деформации, контролируемой кристаллизации из аморфного состояния и разнообразными приемами нанесения пленок и покрытий.

Нанополупроводники, нанополимеры и нанобиоматериалы могут быть как в изолированном, так и частично в консолидированном состоянии, образуя также гибридные (смешанные) материалы.

Нанопористые материалы характеризуются размером пор менее 100 нм.

Фуллерены и тубулярные наноструктуры стали предметом многочисленных исследований, начиная с 1985 г., когда была идентифициро-

вана новая аллотропная форма углерода — кластеры С₆₀ и С₇₀, названные фуллеренами (работы нобелевских лауреатов Н.Крото, Р.Керлу и Р.Смолли), и особенно с 1991 г., когда японский ученый С.Ишима обнаружил углеродные нанотрубки в продуктах электродугового испарения графита. Фуллерены — молекулярные соединения, принадлежащие классу аллотропных форм углерода (другие — алмаз, карбин и графит) и представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода. Отметим, что объекты типа фуллеренов и нанотрубок наблюдались и ранее.

       Графен — монослой атомов углерода, полученный в октябре 2004 года в Манчестерском университете (The University Of Manchester). Графен можно использовать, как детектор молекул (NO2), позволяющий детектировать приход и уход единичных молекул. Графен обладает высокой подвижностью при комнатной температуре, благодаря чему как только решат проблему формирования запрещённой зоны в этом полуметалле, обсуждают графен как перспективный материал, который заменит кремний в интегральных микросхемах.

Материалы, разработанные на основе наночастиц с уникальными характеристиками, вытекающими из микроскопических размеров их составляющих.

Углеродные нанотрубки — протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей (графенов) и заканчиваются обычно полусферической головкой

       Особенность нанотехнологии заключается в том, что рассматриваемые процессы и совершаемые действия происходят в нанометровом диапазоне пространственных размеров. «Сырьем» являются отдельные атомы, молекулы, молекулярные системы, а не привычные в традиционной технологии микронные или макроскопические объемы материала, содержащие, по крайней мере, миллиарды атомов и молекул. В отличие от традиционной технологии для нанотехнологии характерен «индивидуальный» подход, при котором внешнее управление достигает отдельных атомов и молекул, что позволяет создавать из них как «бездефектные» материалы с принципиально новыми физико-химическими и биологическими свойствами, так и новые классы устройств с характерными нанометровыми размерами.

С начала XXI века в мире поняли перспективу нанотехнологии и правительства разных стран начали активно инвестировать развитие нанотехнологии. Так, например, Германия с 2004 года инвестировала на научные изыскания в области нанотехнологий свыше 300 миллионов евро. Финансовые затраты США, Японии и России еще выше. Так, правительство США с 2004 года выделил 3,7 миллиардов долларов США на исследования и разработки в сфере нанотехнологий.  Осознание стратегической важности нанотехнологий привело к тому, что в разных странах на уровне правительств и крупнейших фирм созданы и успешно выполняются программы работ по нанотехнологиям.

С 2005 года насчитываются более 55 стран, ведущих исследования и разработки в нанотехнологии.

 

1.1 Приоритетные направления нанотехнологии и основные тенденции развития.

 

Примеры практического применения нанотехнологий

 

Рис 1. Прогноз экономических и социальных последствий внедрения нанотехнологий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Подходы нанотехнологии. «Сверху-вниз», «снизу-вверх». Принципы манипуляции атомами и молекулами

Предполагается также, что в XXI столетии нанотехнологии станут ведущим направлением деятельности различных секторов промышленности. Процесс развития нанотехнологий можно охарактеризовать двумя хорошо известными подходами.

Один из них – «сверху-вниз» — основан на дальнейшем продвижении методов микроэлектроники. Цель – замена обычной промышленной технологической системы нанотехнологиями. Поэтому такой подход можно назвать эволюционным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 2 Полупроводниковая подложка

 

 «Сверху вниз»: узорная резьба по кремнию. С незапамятных времен производство всевозможных изделий, строительство зданий шло по принципу «сверху вниз»: вырезай, вытачивай, выпиливай детали из грубых заготовок – а потом собирай из них то, что нужно. Ультрасовременная электроника использует этот принцип в его самом буквальном смысле — процессор на миллионах транзисторов создается в кристалле кремния как одна сверхсложная деталь. Для этого применяется фотолитография, которая работает по такой схеме. С помощью пучка света на полупроводниковую подложку, (Рис.2) покрытую полимерным слоем, проецируется чертеж одного из слоев будущего устройства. Свет, попадая на этот слой, изменяет его химический состав — делает устойчивым к растворителю. Затем подложку подвергают травлению, и там, куда попал свет, на ней остается выпуклый рисунок. Все это повторяется многократно, и в кристалле постепенно возникает нужная многослойная структура транзисторов и соединений. По сути, свет в сочетании с травящим веществом играют в этой технологии ту же роль, что топор при обтесывании дерева.

Но именно в электронике метод «сверху вниз» впервые столкнулся с фундаментальными ограничениями. Проблема в том, что элементы электронных устройств сегодня уже сравнимы с размерами молекул. В этом масштабе вещество перестает быть однородным, и если в привычном нам мире достаточно стесать кору с дерева, чтобы получить бревно, то у похожего предмета из наномира – нанотрубки — утрата верхнего слоя означает потерю части трубки. Для работы с элементами таких размеров нужны новые принципы.

Второй подход – «снизу-вверх» — базируется на сборе наноструктур второго уровня с применением самоорганизующихся механизмов. Подобное революционное направление представляет собой основу для инновационной деятельности в области промышленных технологий. В этом разделе кратко рассмотрим одну из основных концепций, играющую важнейшую роль для развития нанотехнологии вообще. Речь идет о двух принципиально разных подходах к обработке вещества и созданию планируемых изделий. Эти подходы принято условно называть технологиями «сверху — вниз» и «снизу — вверх» (рис.3).

«Снизу вверх»: самосборка из атомов. Принципиально иной подход к созданию наноструктур – их сборка из отдельных молекул и атомов, то есть «снизу вверх». Использовать эту идею до сих пор удавалось только на страницах научно-фантастических книг. Однако недавно она стала воплощаться в реальность. Например, атомно-силовой микроскоп позволяет перемещать отдельные атомы – ученым даже удалось сложить из них буквы и несложные картинки. Подобные механизмы уже используются и для более серьезных работ.

Но на практике нужно одновременно создавать миллионы нанометровых структур, а их не соберешь из атомов поштучно. Поэтому нанотехнологи усиленно работают над методами самосборки. Они пытаются выращивать электронные схемы или солнечные батареи так же, как растут живые ткани и целые организмы. Неудивительно, что одна из самых популярных идей сегодня  использовать для этого прекрасные природные наномашины, молекулы ДНК. С их помощью уже получается выращивать массивы нанопроводов – возможную основу новой электроники недалекого будущего.

Подход «сверху — вниз» основан на уменьшении размеров физических тел механической или иной обработкой, вплоть до получения объектов с ультрамикроскопическими, нанометровыми параметрами.

Идея технологии «снизу — вверх» заключается в том, что сборка создаваемой «конструкции» осуществляется непосредственно из элементов «низшего порядка» (атомов, молекул, структурных фрагментов биологических клеток и т. п.), располагаемых в требуемом порядке. Этот подход можно считать «обратным» по отношению к привычному методу миниатюризации «сверху — вниз», когда мы просто уменьшаем размеры деталей.

 

 

 

 

 

Подход «сверху — вниз», т. е. обработка вещества с последовательным уменьшением размеров до требуемых (манометровых) размеров
	Пример подхода: литография в полупроводниковой технике
Подход «снизу — вверх», т. е. получение нанометровых изделий или материалов методами сборки на атомарном уровне
	Пример подхода: обработка и самосборка элементов поверхности при помощи сканирующего туннельного микроскопа.
Рис.3. Два главных нанотехнологических принципа обработки материалов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 МЕТОДЫ ИСЛЕДОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ. ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИИ.

Нанотехнологию можно определить как набор технологий или методик, основанных на манипуляциях с отдельными атомами и молекулами (т. е. методик регулирования структуры и состава вещества) в масштабах от 1 до 100 нм. Использование характерных особенностей веществ на расстояниях порядка нанометров создает дополнительные, совершенно новые возможности для создания технологических приемов, связанных с электроникой, материаловедением, химией, механикой и многими другими областями науки. Получение новых материалов и развитие новых методик обещает, без преувеличения, произвести настоящую научно-техническую революцию в информационных технологиях, производстве конструкционных материалов, изготовлении фармацевтических препаратов, конструировании сверхточных устройств и т. д.

Классическим примером достижений нанотехнологий стала разработка

сканирующих туннельных микроскопов (СТМ). Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ), объединяющая широкий спектр современных методов исследования поверхности, насчитывает более двадцати лет своей истории — с момента создания Биннигом и Рорером сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). За прошедшие годы применение зондовой микроскопии позволило достичь уникальных научных результатов в различных областях физики, химии и биологии. Наиболее яркими демонстрациями возможностей этого экспериментального направления при исследовании поверхностей твердых тел могут служить: результаты по прямой визуализации поверхностной реконструкции, манипуляция отдельными атомами для записи информации с рекордной плотностью, исследование локального влияния поверхностных дефектов на зонную структуру образца. Новые возможности рассматриваемого направления в сравнении с традиционными методами исследования поверхности делают особенно перспективным применение зондовой микроскопии в частности атомно-силовой микроскопии (АСМ)  для изучения биологических и органических материалов. На этом пути в последние годы также был, достигнут значительный прогресс. В частности, применительно к исследованиям нуклеиновых кислот, можно упомянуть о таких результатах, как визуализация отдельных молекул ДНК и исследование их конформационного состояния в жидких средах, прямое измерение сил взаимодействия комплементарных нуклеотидов, визуализация в реальном масштабе времени процессов взаимодействия ДНК с белками. В то же время, зондовая микроскопия биологических и органических объектов и структур, в том числе полимеров, остается более сложной задачей в сравнении с СЗМ-анализом поверхностей твердых тел. Действительно, прошло более десяти лет с момента возникновения СЗМ, прежде чем была убедительно показана ее адекватность для исследований биообъектов на примере молекулы ДНК.Это связано с такими особенностями подобных объектов, как низкая проводимость (важно при СТМ-исследованиях) и невысокая механическая жесткость. При исследовании микрообъектов актуальной является проблема их иммобилизации на поверхностях твердых подложек в процессах приготовления образцов и при исследованиях (особенно в жидких средах). Важно, чтобы объекты были зафиксированы на подложке в таком состоянии, чтобы было возможно исследовать их интересующие структурные особенности. Возможным подходом к решению этой задачи может служить, например, модификация свойств подложки путем контролируемого осаждения на ее поверхность тонких органических пленок с заданными свойствами. Весьма важным для адекватного применения зондовых микроскопов в широкомасштабных научных исследованиях является отслеживание и систематизация возможных механизмов возникновения артефактов, т.е. аппаратных эффектов, приводящих к наблюдению ложных или искаженных свойств исследуемого объекта, которое может быть обусловлено, например, воздействием на объект самого инструмента исследования.

Действительно, сканирующий зондовый микроскоп представляет собой «проектор», проецирующий объекты и явления микромира на доступный нашему восприятию «экран» — в силу многих причин удобно, чтобы им служил экран монитора компьютера. В этом случае проекция становиться отчасти «осязаемой», поскольку допускает возможность дополнительного анализа с помощью соответствующего программного обеспечения. Однако подобное «проецирование» несет только частичную информацию об объекте, к тому же отчасти искаженную влиянием самого «проектора». Восстановление по проекции реальных свойств исследуемых объектов является типичной обратной задачей, требующей решения и для зондовой микроскопии.

 

 

2.1 Сканирующая зондовая микроскопия. Основные принципы (СЗМ).

Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ) — это приборы для анализа поверхности с помощью твердотельных зондовых сенсоров. С использованием СЗМ имеется возмож­ность получать карты распределения целого ряда физических и физико-химических ха­рактеристик поверхности, таких как топография, распределение приповерхностных электростатических, магнитных, электродинамических сил, адгезионных сил, сил трения, тепловых полей, теплопроводности, электропроводности с высоким простран­ственным разрешением вплоть до атомного. Это стало возможным, с одной стороны, благодаря развитию аппаратных средств и программного обеспечения, а с другой — благодаря созданию зондов специальных типов

Зондами в СЗМ являются острые иглы, туннельных микроскопах — это специаль­ным образом заточенные металлические или полупроводниковые проводящие иглы, в близкопольной оптической микроскопии — заостренные световые волокна, в сканирую­щей силовой микроскопии — иглы, закрепленные на упругих балках кантилеверы — (рис.4). Угол наклона балки в процессе сканирования регистрируется и может либо пересчитываться в рельеф — при этом сила в процессе сканирования будет изменяться, либо поддерживаться постоянным вертикальным перемещением кантилевера или об­разца, а это перемещение, осуществляемое для поддержания постоянного угла накло­на кантилевера специальной подвижкой, и будет определять рельеф поверхности. Опи­санный режим измерения рельефа называется контактным сканированием. Рассмотрим общие представления о принципе действия СТМ (рис. 1.2). Экспериментатор подводит тончайший золотой щуп (зонд, пробник) на расстояние         около 1 микрона (10-6 м) к поверхности исследуемого образца, в результате чего между зондом и поверхностью возникает электрический ток, обусловленный квантово-механическим туннельным эффектом, величина которого меняется в зависимости от состояния изучаемой поверхности (например, из-за наличия на поверхности впадин или выступов). Замеряя величину туннельного тока или, наоборот, сохраняя ее постоянной (за счет регулирования потенциала зонда), экспериментатор может «сканировать» поверхность и получать ее прямое «изображение», подобно тому, как электронный луч создает изображение, сканируя поверхность экрана обычного телевизора. Этот метод позволяет не только изучать атомарную структуру поверхности, но и проводить разнообразные и весьма ценные физические эксперименты.

 

Рис 4. Принцип действия сканирующего туннельного

микроскопа (СТМ)

 

Основные принципы сканирующей зондовой микроскопии. Общей чертой всех сканирующих зондовых микроскопов (и определяющей их название) является наличие микроскопического зонда, который приводится в контакт (не всегда речь идет о механическом контакте) с исследуемой поверхностью и, в процессе сканирования, перемещается по некоторому участку поверхности заданного размера. Контакт зонда и образца подразумевает их взаимодействие. Строго говоря, в общем случае это взаимодействие носит сложный характер. Чтобы осуществлять исследование с помощью конкретного прибора, из широкого спектра выбирается какое-либо одно рабочее взаимодействие. Природа этого выбранного взаимодействия и определяет принадлежность прибора к тому или иному типу в рамках семейства зондовых микроскопов. Информация о поверхности извлекается путем фиксации (при помощи системы обратной связи) или детектирования взаимодействия зонда и образца.

В туннельном микроскопе это взаимодействие проявляется в протекании постоянного тока в туннельном контакте. В основе атомно-силовой микроскопии лежит взаимодействие зонда и образца с силами притяжения или отталкивания. Можно упомянуть о таких разновидностях зондовых микроскопов, как магнитно-силовой микроскоп (зонд и образец взаимодействуют с магнитными силами), микроскоп ближнего поля (оптические свойства образца детектируются через миниатюрную диафрагму, находящуюся в ближней зоне источника фотонов), поляризационный силовой микроскоп (с образцом взаимодействует проводящий заряженный зонд) и т.д. Миниатюрные размеры зонда и высокая чувствительность детектирующей системы зондовых микроскопов позволяет достигать нано  и субнанометрового пространственного разрешения при детектировании поверхностных свойств (разрешающая способность прибора, как правило, тем выше, чем более короткодействующий характер имеет взаимодействие зонда и образца.) Общие принципы работы сканирующего зондового микроскопа. Процесс сканирования осуществляется при помощи пьезокерамического манипулятора (или системы манипуляторов).

2.2 Электронная микроскопия. Оптическая микроскопия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 НАНОТЕХНОЛОГИЯ И НАНОМЕТРОЛОГИЯ

Стремительное развитие нанотехнологии в научном, техническом и прикладном плане, включая решение ряда экономических и социальных задач, предопределяет необходимость системного подхода как в организации научных исследований в данной области, так и во внедрении их результатов в различные сферы жизни общества.

Методологически под нанотехнологией обычно подразумеваются:
— знание и управление процессами в нанометровом масштабе, но не исключающие объекты размером менее 100 нанометров в одном или более измерениях, когда размерный эффект приводит к возможности новых применений;
— использование свойств объектов и материалов в нанометровом диапазоне, которые отличаются от свойств свободных атомов или молекул, также как от объемных свойств состоящего из них вещества, для создания более совершенных материалов, приборов, систем, реализующих эти новые свойства.
Специфическая особенность нанотехнологии – межотраслевой характер. Одно и то же явление может быть использовано в различных отраслях: информационно-телекоммуникационные технологии, медицина, фармакология, производство новых материалов, сельское хозяйство, экология и многое другое. Междисциплинарный характер нанотехнологий, разные терминология и исследовательские, технологические и измерительные подходы и методы, используемые в различных отраслях, привели к определенной разобщенности, затрудняющей успешный обмен технической информацией. История науки и техники неразрывно связана с развитием методов и средств измерений. Переход к наноуровню ставит ряд новых специфических задач, обусловленных малыми размерами элементов и структур, с которыми имеет дело нанотехнология.
       В нанотехнологии, как нигде более, актуален тезис «если нельзя измерить, то невозможно создать». Все страны, вступившие в «нанотехнологическую эру», прекрасно понимают необходимость опережающего развития метрологии в этой бурно развивающейся области знания. Именно уровень точности и достоверности измерений способны либо стимулировать развитие соответствующих отраслей, либо служить сдерживающим фактором.
 С одной стороны – это наука об измерениях, методах и средствах достижения их повсеместного единства и требуемых точностей. С другой стороны – это институт обеспечения единства измерений в стране, включающий стандартизацию единиц физических величин, их воспроизведение с наивысшей точностью с помощью государственных эталонов и передачу размеров единиц физических величин иерархическим образом сверху вниз всем средствам измерений (приборам), допущенным к применению на территории страны. Главная задача метрологии – достижение такого состояния, при котором результаты измерений выражены в узаконенных единицах, и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Пользуясь обычной школьной линейкой, мы совершенно не задумываемся, что ее шкала иерархически привязана к государственному эталону метра. В результате различные пользователи разных линеек, измеряя длину одного и того же объекта, получают один и тот же результат (в рамках определенной погрешности). В этом и состоит смысл обеспечения единства измерений.
Специфика нанотехнологий привела к развитию нового направления – нанометрологии, с которой связаны все теоретические и практические аспекты метрологического обеспечения единства измерений на наноразмерном уровне. Во­первых, это эталоны физических величин и эталонные установки, а также стандартные образцы состава, структуры и свойств для обеспечения передачи размера единиц физических величин в нанодиапазон. Во-вторых, это аттестованные или стандартизованные методики измерений физико-химических параметров и свойств объектов нанотехнологий, а также методики калибровки (поверки) самих применяемых средств измерений. В-третьих, это метрологическое сопровождение технологических процессов производства материалов, структур, объектов и иной продукции нанотехнологий.
С метрологией тесно связана стандартизация, одна из первоочередных задач которой – стандартизация параметров и свойств материалов, объектов, элементов и структур нанотехнологий, подлежащих измерениям. При межотраслевом и междисциплинарном характере нанотехнологий, различной терминологии и различных исследовательских и измерительных приемах и методах – это непростая, последовательно решаемая задача, несущая в себе позитив объединяющего начала. К этой же проблеме примыкает необходимость стандартизации терминов и определений в нанотехнологиях для обеспечения общения и взаимопонимания различных групп исследователей не только внутри одной страны, но и в рамках междисциплинарного и международного обмена информацией. Закономерное следствие этого – необходимость аттестованных и стандартизованных методик выполнения измерений, а также методик калибровки и поверки средств измерений, применяемых в нанотехнологиях.
      Особый аспект стандартизации – решение задач обеспечения здоровья и безопасности операторов технологических процессов и лиц, взаимодействующих с продукцией нанотехнологий на всех этапах ее производства, испытаний, исследований и применений, а также экологической безопасности окружающей среды.
 Это ничто иное, как подтверждение соответствия параметров и свойств объектов, материалов и структур, технологических процессов, а также инструментальной и измерительной базы требованиям технических регламентов, стандартов и иных нормативных документов.
Логически следует, что «наибольший вес» приходится на метрологию, поскольку именно она является количественным базисом стандартизации и сертификации.

 

3.1 Метрологическое обеспечение измерений длины в микрометровом и нанометровом диапазонах и их внедрение в микроэлектронику и нанотехнологию.

 История развития науки, техники, промышленности неразрывно связана с развитием системы, методов средств измерений. Яркой иллюстрацией этого факта служит динамика представления единиц основных физических величин – длины, массы и времени, являющих собой базис системы физических величин, и среди них особенно длины. Бурное развитие нанотехнологии, имеющей дело с объектами, размеры которых измерений в нанометровым и субмикрометровом  диапазонах. Линейные измирения в этой области длин проводятся  с помощью  зондовых микроскопов: оптических ближнего поля, растровых электронных, сканирующих туннельных и атомно-силовых, обладающих высоким разрешением. Однако практика линейных измерений требует для колибровких этих сложных измерительных устройств создания мер малой длины. Создание новой техники, наукоемких технологий и новых материалов, обеспечиваю­щих коренные сдвиги в структуре и техническом уровне производства, а также выход отечественного производства на мировой уровень, в значительной мере сдерживается недостаточным уровнем метрологического обеспечения.

Из-за отставания техники сверхточных измерений на атомном и молекулярном уров­нях, отсутствия специальных исходных методов и средств обеспечения единства преци­зионных измерений затянулось внедрение высших экологически чистых перспектив-ныхтехнологий в базисных отраслях экономики.Интенсивное развитие нанотехнологии требует создания системы метрологичес­кого обеспечения измерений, в первую очередь длины в нанометровом диапазоне. Большинство средств измерений длины в нанометровом диапазоне, обеспечиваю­щих достижение предельных возможностей измерений, основано на таких физических принципах, как растровая электронная и оптическая микроскопия, сканирующая зондовая микроскопия, лазерная интерферометрия и фазометрия. Ряд приборов, реализу­ющих тот или иной физический принцип, используется в нанотехнологии, а также в качестве инструмента для создания наноструктуре.

Практически большинство измерительных средств находится вне сферы метроло­гического обслуживания, не проходит сертификационных испытаний и не обеспечено средствами калибровки и поверки. Все это снижает уровень контрольно-измеритель­ных операций при производстве изделий микро-, наноэлектроники, не гарантирует един­ства и достоверности данных измерений и тем самым наносит существенный матери­альный ущерб в базовых отраслях экономики. Анализ состояния измерений длины в микро- и нанометровом диапазонах показы­вает, что метрологическое обеспечение таких измерений, включающее в себя эталоны, установки высшей точности, меры малой длины и стандартные образцы нанорельефа поверхности, аттестованные рабочие средства измерений, а также соответствующая Го­сударственная поверочная схема и нормативная документация находятся в стадии раз­работки.

Программа метрологического обеспечения предполагает решение следующих важ­нейших задач:

-создание эталонов единицы длины в нанометровом диапазоне на основе ис­пользования одновременно растрового электронного и сканирующего зондо-вого микроскопов, трехкоординатного интерференционного компаратора на основе атомно-силового микроскопа и рабочего эталона единицы длины на основе конфокального микроскопа и средств их аттестации, способов и уст­ройств передачи размера единицы длины рабочим средствам измерений;

-создание прецизионной технологии получения микроэталонов в виде трехмер­ных наноструктур на атомарно-гладкой поверхности полупроводниковых ма­териалов (Si, GaAs) с подсчетом числа атомных плоскостей в каждом из на­правлений.

-разработка теоретических (математических) моделей взаимодействия измери­тельных растрового электронного микроскопа (РЭМ), СЗМ и оптических мик­роскопов с различными наноструктурами и микроструктурами и моделей ре­шения задач деконволюции для определения ширины мер с помощью игл.

 -разработка систем микропозиционирования микрообъектов и технологии уп­равления их движением для СЗМ с субнанометровым разрешением в диапазо­не до 50 мм.

Фактическое отсутствие метрологического обеспечения микроэлектроники в на­шей стране является одной из причин нашего отставания в этой области от развитых стран. В связи с этим становится важной задача разработки высокочувствительных мето­дов и прецизионных средств измерений малых длин в микро и нанометровом диапа­зонах, а также метрологического обеспечения единства этих измерений. Основным инструментом для наблюдения и измерений (качественной и количе­ственной оценки) сверхмалых объектов являются микроскопы, использующие различ­ные физические принципы и средства воздействия на объект: световые потоки, элект­ронные и ионные пучки, акустоэлектронные взаимодействия, рентгеновские лучи, тун­нельные потоки носителей заряда, силовые поля на сверхмалых расстояниях.В настоящее время в промышленности для измерений малых длин используется значительный парк приборов, основанных на методах физической оптики и электрон­ной микроскопии.

 

 

 

Рис.5

 

3.2 Метрологическое обеспечение, стандартизация и оценка соответствия нанотехнологий и нанопродукции.

Для успешного развития нанотехнологий, наноиндустрии и нанорынка одним из важнейших обеспечивающих направлений является метрологическое обеспечение. История развития науки и техники неразрывно связана с развитием системы методов и средств измерений. Переход к нанотехнологиям ставит перед наукой и техникой ряд новых специфических задач, обусловленных малыми размерами элементов и структур, с которыми имеет дело нанотехнологии. При этом, как никогда, актуален  тезис: «если нельзя измерить, то невозможно создать». Специфика нанотехнологий при­вела к созданию и развитию нового направления в метрологии, с ко­торым связаны все теоретические и практические аспекты обеспече­ния требуемой точности и единства измерений в нанотехнологиях.

        В метрологическом обеспече­нии нуждаются как сам техноло­гический процесс создания новых наноструктур, основанный на уп­равлении перемещениями атомов, молекул или молекулярных систем в пространственных областях длин нанометрового диапазона, так и из­мерения параметров создаваемых наноустройств, а также характерис­тик материалов со специальными физическими, химическими и био­логическими свойствами. Особую задачу представляют съем и обра­ботка измерительной информации с устройств столь малых размеров, обеспечение достоверности и мет­рологической надежности измерений, выполняемых при этом. Следует отметить, что измерения и контроль некоторых параметров технологических процессов в облас­ти нанотехнологий и применения на­ноустройств, а также характеристик материалов со специальными фи­зическими, химическими и биологи­ческими свойствами, создаваемых в результате промышленного при­менения нанотехнологий, во многих случаях осуществляется в рамках обычной метрологии. Однако но­вые характеристики и возможности изделий наноиндустрии и свойства материалов, создаваемых в ре­зультате применения нанотехно­логий, предъявляют особые требо­вания к применяемым средствам измерений и их метрологическому обеспечению. Эти средства изме­рений должны обладать новыми функциональными возможностями, расширенными диапазонами из­мерений и повышенной точностью, что ужесточает требования к уров­ню обеспечения единства измерений в стране. В первую очередь это относится к точности, диапазонам измерений и функциональным воз­можностям    первичных   эталонов и обусловливает необходимость их направленного совершенствования. Понятно,   что   решение   проблем метрологического  обеспечения нанотехнологий не ограничивает­ся совершенствованием эталонов, требуется  модернизация сущест­вующего и создание более совре­менного, отвечающего новым за­дачам поверочного оборудования, а также разработка нормативных документов на методы и средст­ва   поверки   средств   измерений, применяемых    в    наноиндустрии и других областях использования нанотехнологий, на методики вы­полнения измерений в связи с раз­витием нанотехнологий.

Метрология – ключевое звено для полу­проводниковой промышлен-ности и будет оставаться таковым для будущих поколе­ний полупроводниковых приборов до тех пор, пока  размеры элементов полупровод­никовых структур будут  уменьшаться. Для повышения эффективности расходования средств, выделяемых на метрологическое обеспечение нанотехнологий, необходимо определить приоритетные направления развития нанотехнологий и нанопродукции. В соответствии со своим назначением стандартизация осуществляет выработку и установление требований к продукции и процессам и направлена на упорядочение знаний в соответствующих областях. Учитывая нынешнее состояние и степень развития нанотехнологийц и нанопродукции становится очевидной важность стандартизации именно на современном этапе. Без организации процесса установления объективных требований к нанотехнологиям и нанопродукции, обеспечивающих выпуск и подтверждение соответствия, ее выход на рынок будет закрыт. Как уже отмечалось, развитие нанотехнологий охватывает период, превышающий 30 лет. Однако, стандартизацией, непосредственно связанной  нанотехнологией и нанопродукцией, стали заниматься лишь несколько лет назад. Технические комитеты по стандартизации (ТК) в странах с активно развивающейся нанотехнологией стали создаваться 2004÷2005 годах. В США в настоящее время стандартизацией в области нанотехнологий занимаются три организации ASTM, ANSI и IEEE. Первоочередными направлениями в стандартизации нанотехнологий в настоящее время признаются: терминология, методы измерений и испытаний, качество и безопасность, совместимость и взаимодействие. Развитие  и применение новых нанотехнологий могут значительно улучшить качество в таких областях жизнедеятельности, как медицина, очистка воды, защита окружающей среды и добыча энергетических ресурсов. Однако некоторые футуристы предсказывают, что нанотехнологии следующего поколения могут стать и разрушительной силой из-за предполагаемой возможности воздействия на многие сферы человеческой деятельности.

Одной из важнейших проблем, связанных с развитием нанотехнологий, признается проблема безопасности, как нанотехнологий, так и самой нанопродукции. Решению этой проблемы в последние годы уделяется все больше внимания. При этом важная роль также отводится стандартизации и метрологии, которые наиболее эффективно позволяют поддерживать условия безопасности, как нанотехнологий так и нанопродукции, за счет формирования системы критериев безопасности и оценки соответствия этим критериям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Нанотехнология – без сомнения самое передовое и многообещающее направление развития науки и техники на сегодняшний день. Возможности её поражают воображение, мощь – вселяет страх. Видимо будущее развитие технологии будет основываться на балансе между созиданием и разрушением. С точки зрения автора, обязательно появятся военные и, более того, подпольно-хакерские, применения. Но и многообразие мирных задач, поставленных перед нанотехнологией сегодня, не даст покоя учёным. Нанотехнология в корне изменит нашу жизнь. Появятся новые возможности, идеи, вопросы и ответы. Перспективы нанотехнологической отрасли поистине грандиозны. Нанотехнологии кардинальным образом изменят все сферы жизни человека. На их основе могут быть созданы товары и продукты, применение которых позволит революционизировать целые отрасли экономики.  

Сегодня кажется, что новый мир в наших руках. Однако на самом деле почти все массовые эксперименты ограничиваются лишь ловким гравированием атомами. Будущее же технологии закладывают ставшие уже традиционными области науки и техники. Микроэлектроника, робототехника, нейротехнология – привычные слуху названия, стоящие за сегодняшними науками, кажущимися практически бесполезными на фоне нанотехнологии.

Человечество убеждается, что стремительное развитие нанотехнологии приведет, в конце концов, к созданию общества нового типа — общества, где практически вся промышленность будет поставлена на нанотехнологическую основу. Перспективы нанотехнологий начали становиться реальными и, естественно, возникает несколько вопросов, касающихся этики, государственной политики, законности и общественной жизни. Возможно, наиболее важен на ближайшее время вопрос патентов. Биотехнология, наномедицина и фармацевтика получат большую прибыль от нанотехнологий, поскольку именно в наномире можно создать многие лекарства от страшнейших болезней. Помимо проблем с патентами нанотехнология имеет общественные и геополитические последствия. Если производство нанотехнологий окажутся дешевле и легче распространяемым, чем производство современных промышленных технологий, они могут сократить разрыв между бедными, богатыми странами или, по крайней мере, позволит людям всего мира удовлетворить основные потребности. Было бы неправомерно рассматривать развитие нанотехнологии только с точки зрения науки, техники или экономики, и совсем не упомянуть о национальной безопасности и обороне страны. В связи с этим, политологи и социологи говорят о тех опасностях внешне и внутриполитического характера, которые таит в себе дальнейшее развитие нанотехнологии. Прорыв в нанотехнологиях и развитые системы искусственного интеллекта приведут к созданию высокотехнологичного оружия массового поражения, не имеющего аналога в истории, а также может привести к стремительной гонке вооружений. Вышеназванные вопросы сложны, и только время покажет, как они решатся. Вообще, этические дебаты вокруг нанотехнологий являются одной из важнейших причин того, что люди должны знать о нанотехнологиях. В настоящее время нанотехнология уже являются междисциплинарной наукой.