Кафедра химии ФН5
Факультета «Фундаментальные науки» МГТУ им. Н.Э. Баумана
Объявляет прием студентов
Нанотехнологии и наноматериалы Развитие нанотехнологий и наноматериалов начинается с 1931 года, когда немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты. Позже в 1959 году американский физик Ричард Фейнман (нобелевский лауреат по физике, 1965) впервые опубликовал работу, в которой оценивались перспективы миниатюризации технологических устройств под названием «Там внизу — море места». Он заявил: «Пока мы вынуждены пользоваться атомарными структурами, которые предлагает нам природа … Но, в принципе, ученый нанохимикмог бы синтезировать любое вещество по заданной химической формуле с использованием технологий, которые позволили бы ему оперировать отдельными атомами на атомарном же уровне» (имеется в виду возможность познать отдельный атом, взять его и поставить на место). Тогда его слова казались фантастикой, поскольку таких технологий не существовало. Современные нанотехнологии позволяют создавать нанообъекты и регулярные наноструктуры путем манипулирования отдельными атомами и молекулами с использованием иглы (зонда) туннельного или атомно-силового микроскопа.
Области применения нанотехнологии приобретают все большее значение и могут использоваться во всех промышленных отраслях, в частности в электронике, солнечной промышленности, энергетике, строительстве, авто-, авиастроении, экологии, медицине и др. Электроника. Развитие технологического процесса при изготовлении транзисторов в компьютерной технике (микропроцессоры) постепенно уменьшается с 90 до 14 нм, что не является пределом (планируется его уменьшить до 10-8 нм). Таким образом, на одном сантиметре кремния будет размещаться миллиард транзисторов. Благодаря развитию материаловедения и микроэлектроники происходит уменьшение элементарной ячейки запоминающих устройств. На сегодня перспективными становятся материалы на основе сверхрешеток, диамагнетиков, ферромагнетиков, в которых реализуется эффект гигантского магнитного сопротивления, перпендикулярного составления и анизотропии. Среди полупроводниковых технологий отметим лазеры, работающие при низкой температуре, имеют малый порог генерации (до 15 мкА), которые получат широкое использование, например, в квантовой криптографии. Сочетание полученных новейших результатов из сферы материаловедения и электроники позволяет создавать устройства с уникальными гибкими, влаго- и ударопрочными свойствами, имеют высокий коэффициент полезного действия и длительный срок службы. Применение новых материалов позволяет создавать высокоэффективное фотоприемное оборудования для видимого и инфракрасного излучения, использование которого повысит эффективность мониторинга линий электропередач, трубопроводов, охранных систем.
Энергетика. Вопросы энергообеспечения всегда актуальны, они предусматривают две основные задачи — создание приборов с экономным потреблением электроэнергии и изготовление зарядных устройств на основе новых технологий с улучшенными показателями. Осветительная техника модернизируется, лампы накаливания заменяются на яркие светодиоды и матрицы на их основе. Значительное внимание уделяется альтернативным видам энергии. Так, разработаны солнечные элементы, поглощающие энергию в инфракрасной части спектра. Это происходит благодаря технологии, которая использует специальный процесс нанесения металлических наноантенн (крошечных наноспиралек) на различные подложки. Такая конструкция позволяет получать до 80% энергии солнечного света, тогда как существующие солнечные батареи могут использовать лишь 20%. Солнце излучает много тепловой энергии, часть из которой поглощается землей и другими объектами и излучается в течение многих часов после захода солнца; наноантенны «улавливают» это тепловое излучение с более высокой эффективностью, чем обычные солнечные батареи. Создание аккумуляторов на основе нановолокон кремния, содержащих ионы лития вместо углерода, приведет к увеличению емкости зарядных устройств и расширения диапазона использования. Ионная проводимость нанокомпозитов твердого электролита увеличивается на несколько порядков, за счет чего на его основе можно изготавливать миниатюрные гибкие батареи.
Медицина. Наноструктуризация приводит к уменьшению размера таблеток лекарственных веществ и повышению содержания лечебного вещества в крови. Это очень важно, потому что, наночастицы в будущем будут одним из средств доставки лекарств в пораженный участок (наноконтейнтейнеры и нанороботы). Наночастицы серебра благодаря своим бактерицидным свойствам используются при лечении различных ран с целью обеззараживания. Типичный размер наночастиц серебра 5-50 нм, их добавляют к моющим средствам, зубным пастам, влажным салфеткам, наносят на поверхности кондиционеров, покрывают столовые приборы, дверные ручки (в местах, где велика опасность распространения инфекций) и даже клавиатуры и «мышки» для компьютеров. Наночастицы золота вместе с антителами могут снизить вредный эффект от облучения при лечении опухолей. Современное оборудование позволяет «увидеть жизнь» живых клеток, выполнять с ними манипуляции и дает возможность искусственно создавать отдельные органы. Сочетание биологических и медицинских знаний вместе с достижениями электроники позволяют, используя современные нанотехнологии и наноматериалы, создавать наноэлектронные устройства (чипы или нанолаборатории) для мониторинга здоровья человека или животного.
Студенты проходят научно-исследовательскую и производственную практику в ведущих нанохимических и нанотехнологических лабораториях МГУ им. Ломоносова, ряда Институтов РАН (Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, НИЦ «Курчатовский институт», Институт проблем химической физики РАН (Черноголовка)).
Обучение предполагает проведение для студентов учебно- ознакомительных экскурсий и практик в нанотехнологическом центре МГТУ им. Н.Э. Баумана и НТЦ «Композиты России», а также возможность зарубежных стажировок по в ряде технологических Центров и Университетов Франции, Италии, Португалии и Китая, Казахстана и Белоруссии. Выпускники программы будут востребованы на предприятиях корпораций «Роснано», «Роскосмос», «Росатом», «Ростехнологии», а также в аспирантурах кафедр химии ФН и других факультетов МГТУ, в также в качестве аспирантов и сотрудников Институтов РАН
