Учебное пособие 2 Аннотация Изложены основные направления нанотехнологий, сравниваются

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ  
Федеральное государственное образовательное учреждение  
высшего профессионального образования 
«Сибирский федеральный университет»  
 
 
 
 
Внукова Н.Г., Чурилов Г.Н. 
 
НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ 
 
Учебное пособие 
 

 
2
Аннотация 
Изложены основные направления нанотехнологий, сравниваются 
свойства материалов, имеющих макро и наноразмеры. Описаны ус-
тановки для получения различных наноматериалов. Приведены кон-
трольные вопросы. 
Предназначено  для  подготовки  бакалавров  и  магистров  направ-
ления 5500000- «Технические науки». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
3
ВВЕДЕНИЕ 
 
Атом  водорода,  наименьший  из  существующих  в  природе,  имеет  диа-
метр около 1/10 нм; диаметр человеческого волоса - около 75 тыс. нм. Типич-
ная молекула, по своей сложности отвечающая требованиям нанотехнологии, 
может состоять из 100 атомов и иметь диаметр от 1 до 10 нм. 
Принято  считать,  что  социально-экономический  прогресс  в XXI веке 
будет всецело определяться успехами нанотехнологии. Под нанотехнологией 
понимают умение специалистов производить «сборку» любых объектов при 
использовании в качестве исходных ресурсов отдельных атомов и молекул, а 
в качестве оборудования для сборки и разборки объектов использование са-
моорганизующихся  репликаторов,  снабженных  искусственным  интеллектом 
[Nanotechnology-Revolutionary Opportunities and societal Implications/M.Roco, 
R. Tomellini, 3
rd
 Joint EC-NSF Workshop on Nanotechnology 2002.]. По множе-
ственным прогнозам специалистов уже к 2010 г. в практику войдет не только 
молекулярная нанохирургия и появятся первые лекарства от старения, но ог-
ромные изменения произойдут и в элементной базе информационных систем, 
и, в целом, в информационной технике. Появятся (не только лабораторно ис-
пытанные) новые наноматериалы с повышенной прочностью и одновременно 
малым весом. Нанотехнология проникнет практически во все сферы челове-
ческой деятельности и существенно изменит характер отношения людей друг 
к  другу  и  природе.  Экономически  развитые  страны  уже  вплотную  озаботи-
лись  не  только  проведением  фундаментальных  научных  исследований,  фи-
нансируя  национально-приоритетные  программы  по  нанотехнологии [ На-
нотехнология  в  ближайшем  десятилетии. – М.:  Мир, 2002.-292 с  ил],  но  и 
вкладывают все возрастающие средства в развитие национальной наноинду-
стрии.  Достаточно  сослаться  на  обзор  профессора  М.  Роко  [М.  Роко.  Пер-
спектива  развития  нанотехнологии:  национальные  программы,  проблемы 
образования.  Рос.Хим.Жур.,  том XLVI, №5, 2002],  в  котором  описан  опыт 
США по организации и долговременному финансированию шести универси-
тетских образовательных центров, в которых наряду с основными учебными 
курсами по нанонауке и нанотехнологии развиваются дополнительные виды 
подготовки  и  повышения  квалификации  студентов,  магистров,  аспирантов, 
учителей  школ,  преподавателей  высшей  школы  и,  наконец,  специалистов 
промышленности. 

 
4
 
 
Цель  данного  пособия – дать  в  сжатой  форме  общее  представление  о 
наноматериалах, а также познакомить будущих инженеров с достижениями и 
перспективами развития нанотехнологий. В первой части пособия приводят-
ся основные понятия, актуальность и основные направления развития нано-
технологии.  Вторая  часть  посвящена  наночастицам,  методам  их  получения, 
свойствам и областям  применения. В третьей главе описаны углеродные на-
ноструктуры, а именно, фуллерены и нанотрубки. Представлены структуры, 
методы синтеза, способы выделения и очистки, а также описаны свойства как 
фуллеренов и их производных, так и нанотрубок. Четвертая глава посвящена 
неуглеродным  нанотрубкам,  описанию  их  структур,  типов  и  свойств,  рас-
смотрению методов синтеза и областей применения. В пятой главе изложены 
методы  исследования  материалов.  Рассмотрены  такие  методы  анализа,  как 
масс-спектральный  метод  анализа,  микроскопия  и  спектроскопия.  Описаны 
их возможности и принципы действия.     
 
Поскольку  при  изучении  материала  необходимы  базовые  знания  по 
общему курсу химии, физики и материаловедению. Для более углубленного 
изучения рассмотренных вопросов в конце пособия представлен библиогра-
фический список.
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
5
1. В МИРЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ 
 1.1 
Основные понятия  
 
Нанотехнология – совокупность  методов и приемов, обеспечивающих 
возможность контролируемым  
образом  создавать  и  модифицировать 
объекты,  включающие  компоненты  с  размерами  менее 100 нм,  имеющие 
принципиально новые качества и позволяющие осуществить их интеграцию 
в полноценно функционирующие системы большого масштаба. 
 
Наноматериалы  –  материалы,  содержащие  структурные  элементы, 
геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 
100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и 
эксплуатационными характеристиками. 
 
Наносистема – материальный объект в виде упорядоченных или само-
упорядоченных, связанных между собой элементов с нанометрическими ха-
рактеристическими  размерами,  кооперация  которых  обеспечивает      возник-
новение у объекта новых свойств, появляющихся в виде квантово-размерных, 
синергетически-кооперативных, «гигантских»  эффектов  и  других  явлений  и 
процессов.    
 
Наносистемная техника - полностью или частично созданные на осно-
ве наноматериалов и нанотехнологий функционально законченные системы и 
устройства,  характеристики  которых  кардинальным  образом  отличаются  от 
показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по тра-
диционным технологиям 
 
Нанодиагностика – совокупность специальных методов исследований, 
направленных  на  изучение  структурных,  морфолого-топологических,  меха-
нических,  электрофизических,  оптических,  биологических  характеристик   
наноматериалов  и  наносистем,  анализ  наноколичеств  вещества,  измерение  
метрических параметров с наноточностью.  
 
Нанотехника – машины, механизмы, приборы, устройства, материалы, 
созданные  с  использованием  новых  свойств  и  функциональных  возможно-
стейсистем при переходе к наномасштабам и обладающие ранее недостижи-
мыми  массогабаритными  и  энергетическими  показателями,  технико-

 
6
экономическими  параметрами  и  функциональными  возможностями.  При 
плавном уменьшении размеров образца от больших (макроскопических) зна-
чений до маленьких, свойства меняются. Если размеры образца в одном из-
мерении  лежат  в  нанометровом  диапазоне,  а  в  двух  других  остаются  боль-
шими,  то получившаяся структура называется квантовой ямой.   
Рис. 1.  Последовательность  круглых 
наноструктур.  а-  объем,  б-  яма,  в- 
проволока, д- точка. 
Если образец  мал в двух измерениях 
и  имеет  большие  размеры  в  третьем, 
то  такой  объект  называют  квантовой 
проволокой. Предельный случай этого 
процесса  уменьшения  размеров,  при 
котором  размеры  во  всех  трех  изме-
рениях  лежат  в  нижней  части  нано-
метрового 
диапазона, 
называется 
квантовой точкой (рис. 1). 
 
К классу наноматериалов относят материалы с размером морфологиче-
ских элементов менее 100 нм. По геометрическим признакам  эти элементы 
можно разделить на нольмерные атомные кластеры и частицы, одно- и двух-
мерные слои, покрытия и ламинарные структуры, трехмерные объемные на-
нокристаллические и нанофазные материалы. На рис. 2 представлены разме-
ры  нанокристалла-  квантовой  точки  [из  интервью Will McCarthy, автором 
книги “Matter as Software”. 2004 NanoNewsNet.ru] .  
 
а                          б             в           д

 
7
Рис.2. Размеры нанокристалла – квантовой точки.  
 
Термин  «нанотехнология»  был  впервые  предложен  японскими  учены-
ми в 1974 году.  Японский ученый Танигучи, специалист по обработке хруп-
ких материалов,  обратил внимание специалистов на грядущий переход к об-
работке  с  ультравысокой  точностью,  прогнозируя,  что  к 2000 году  эта  точ-
ность  достигнет  нанометрового  интервала.  Это  потребует  применения,  как 
новых  технологий,  так  и  соответствующего  метрологического  обеспечения.  
Приставка нано- вообще означает одну миллиардную (10 -9) чего-либо. На-
нотехнология  имеет  дело  с  разнообразными  структурами  вещества,  харак-
терный размер которых – порядка миллиардных долей метра. Хотя слово на-
нотехнология  является  относительно  новым,  устройства  и  структуры  нано-
метровых размеров не новы. Они существуют на земле столько, сколько су-
ществует сама жизнь. Например, моллюск морское ушко  выращивает очень 
прочную,  переливающуюся  изнутри  раковину,  склеивая  прочные  наноча-
стички мела смесью белков с углеводами.  Более того, точно не известно ко-
гда  человек  стал  использовать  преимущества  наноразмерных  материалов. 
Есть сведения, что уже в четвертом веке до нашей эры римские стекловары 
делали  стекло,  содержащее  наночастицы  металлов.  Огромное  разнообразие 
прекрасных  цветов  витражей  в  средневековых  храмах  также  объясняется 
присутствием металлических наночастиц в стекле.   
 
 
 1.2. 
История развития нанотехнологии 
 
 
 
На протяжении всего развития науки ученые обращались к вопросу по-
тенциальной важности маленьких частичек. Например,  в 1661 году Р. Бойль 
описывает «крошечные массы, или кластеры, которым тяжело быстро разло-
житься  на  составляющие  их  частицы».  В 1857 голу  М.  Фарадей  публикует 
статью  в  «Философских  Трудах  Королевского  Общества»,  в  которой  он 
предпринял попытку объяснить, как металлические включения в витражном 
стекле влияют на его цвет. Однако ответ на этот вопрос смог дать Г. Ми в ра-
боте,  опубликованной  в 1908 году  в  «Анналах  физики».  Принципиальное 
значение малоразмерных объектов было подчеркнуто   Фейманом в 1959 го-
ду,  когда  была  предложена  вниманию  слушателей  его  лекция  при  обсужде-

 
8
нии  проблем  миниатюризации  «Внизу  полным  полно  места» [R. Feinman. 
There‘s plenty of room at the bottom. An  invitation  to enter a new field of physics. 
In H. D. Hilbert (ed.), Miniaturization, Reinhold, N-Y., 1961,  ]. Подчеркивалась 
актуальность  работ  в  области  сжатия  информации,  создание  миниатюрных 
компьютеров, овладение молекулярной архитектурой.  
 
Часть  идей  Феймана  была  развита    Дрекслером,  который  издал  книгу 
«Машины  созидания:  пришествие  эры  нанотехологии» [K. Eric Drexler, 
Engines of creation. The Coming Era of  Nanotechnology, pp.299, Anchor Books 
Double-day , New York, 1986. ]. Основываясь на биологических моделях, автор 
ввел  представление  о  молекулярных  робототехнических  машинах.  В  проти-
вовес  традиционному  технологическому  подходу  «сверху-  вниз»  примени-
тельно  к  миниатюризации  интегральных  схем,  было  обращено  внимание  на 
стратегию «снизу- вверх», имея в виду поатомную и помолекулярную сбор-
ку,  о  чем  также  упоминал  Фейман.  Однако  только  с  появлением  соответст-
вующих методов формирования наноструктур только в 80-е годы был реали-
зован способ получения малых металлических кластеров.  
 
В 1996 году  группа  правительственных  учреждений  под  началом  На-
ционального  Фонда  Науки  организовали  изучение  текущего  мирового  со-
стояния нанонауки. Результатом деятельности группы явились детально раз-
работанные рекомендации по развитию этой области знаний, и была сформи-
рована долговременная государственная программа под названием  «Нацио-
нальная  нанотехнологическая  дисциплина».  Исследование,  выполненное  в 
этой  области,  позволило  сделать  два  обобщения.  Первым  является  то,  что 
наноструктурированные  материалы  могут  получать  новые  свойства  и  не-
обычные  характеристики.  В  основе  такого  поведения  лежит  тот  факт,  что  с 
каждым  свойством  вещества  связана  характеристическая,  или  критическая 
длина. Основные физические и химические свойства меняются, когда разме-
ры  твердых  тел  становятся    сравнимыми  с  характеристическими  длинами, 
большинство из которых лежит в нанометровом диапазоне. Второе наблюде-
ние касается того факта, что этим полем деятельности занимается множество 
разных  отраслей  знаний.  Работы  по  нанотехнологии  можно  найти  как  на 
университетских отделениях  химии, физики, экологии, так и   на отделениях 
инженерных  дисциплин,  таких  как  электротехника,  механика,  химическая 
технология.  Междисциплинарная  природа  этой  области  исследований  ос-

 
9
ложняет  понимание  и  использование  результатов,  полученных  в  одном  из 
разделов нанонауки,  в другом разделе. В качестве функциональных элемен-
тов  в  нанотехнологии  могут  быть  и  биологические  объекты – белки,  нити 
ДНК и др. Некоторые живые организмы осуществляют построение структур 
размерами  порядка  нескольких  нанометров  на  протяжении 3,8 миллиардов 
лет. Поэтому вполне логично было бы воспользоваться природными приме-
рами для построения наномашин в природе не существующих. Были исполь-
зованы несколько методов для имитации природы на нанометрическом уров-
не.  Один  из  подходов – создание  материалов  с  уникальными  свойствами,  с 
использованием  примеров,  имеющимися  в  природе.  Так,  например,  малень-
кая ящерица геккон может ползать практически по любым поверхностям. Ре-
зультаты исследований его лапок показали, что существует ряд кератиновых 
волосков  размерами около 200 нм. Каппилярные силы помогают животному 
ползать по влажным поверхностям, а силы Ван-Дер-Ваальса – по сухим. Ка-
ждая волосинка связывается с поверхностью с силой в 10
-7
 Н. Благодаря вы-
сокой плотности волосков на лапках сила связи значительно увеличивается. 
Так  поверхность  размерами 10х10  см,  состоящая  из  волосков  кератина,  мо-
жет удерживать груз в 100 кг. Группой исследователей из Манчестера были 
предприняты  попытки  сконструировать  такой  же  массив  нановолокон.  Соз-
данная ими поверхность смогла удержать всего 30 кг, т.е. была хуже природ-
ной.  
 
В 2000 г.  в  США  принята  приоритетная  долгосрочная  комплексная 
программа,  названная  Национальной  нанотехнологической  инициативой  и 
рассматриваемая  как  эффективный  инструмент,  способный  обеспечить  ли-
дерство США в первой половине текущего столетия. К настоящему времени 
бюджетное  финансирование  этой  программы  увеличилось  по  сравнению  с 
2000 г. в 2,5 раза и достигло в 2003 г. 710,9 млн долл., а на четыре года, на-
чиная с 2005 г., планируется выделить еще 3,7 млрд долл. Аналогичные про-
граммы приняты Европейским союзом, Японией, Китаем, Бразилией и рядом 
других стран [Круглый стол «Нанотехнологии» 20 мая 2004 г. в рамках вы-
ставки  «Перспективные  технологии XXI века» (ВВЦ,  г.  Москва),  организо-
ванной Министерством образования и науки Российской Федерации].  
В России работы по нанотехнологии начаты еще 50  лет назад. Вообще, 
следует отметить, что в России данные материалы получили название ульт-
радисперсных материалов (УДМ) или ультрадисперсных  систем (УДС). На-

 
10
ряду  с  терминами  «наноструктурные  материалы»  и  «наноматериалы»  эти 
терминологии равноправны.   
Научно-техническое  направление  по  получению  и  изучению  свойств 
УД  материалов  сложилось  в  России  (СССР)  в 50-е  годы  ХХ  века.  На  пред-
приятиях атомной промышленности были получены УД порошки с размером 
частиц около 100 нм. Данные порошки были успешно использованы  для из-
готовления высокопористых мембран для диффузионного метода разделения 
изотопов урана. В 60-е годы в ИХФ  АН  СССР был разработан левитацион-
ный метод получения УД порошков. В 70-е годы с помощью использования 
электрического  взрыва  проводников  и  плазмохимического  синтеза  ассорти-
мент  УД  порошков  был  существенно  расширен.  В  Московском  институте 
стали  и  сплавов  были  разработаны  химические  методы  синтеза  нанопорош-
ков железа и других металлов и композиций на их основе.   
В 1980-е годы в Германии были получены высоконсолидированные на-
нокристаллические  материалы.  В 1980 году  были  проведены  исследования 
кластеров, содержащих менее 100 атомов.  
 
 
1.3. Основные направления развития  
 
 

 
11
 
 
Обозначения наноразмеров - не самое главное в нанотехнике. Принци-
пиальным  является  квантовый  характер  нанообъектов  и  нанопроцессов  и 
уникальная  возможность  целенаправленной  сборки  веществ  на  атомно-
молекулярном  уровне.  Наномир  бросает  вызов  большинству  привычных 
представлений о характере физико-химических превращений вещества, об их 
свойствах и возможностях использования.  
На сегодняшний день в области индустрии наносистем насущной явля-
ется задача повышения эффективности производства на основе опережающе-
го развития высокотехнологичных отраслей. В таблице 1. представлены наи-
более актуальные темы научно-технических проектов. 
Таблица 1. 
Направление 
развития 
Название проектов 
Наноматериалы 
Нанокомпозиционные  материалы  со  специальными  ме-
ханическими  свойствами  для  сверхпрочных,  сверхэла-
стичных, сверхлегких конструкций. 
Нанокомпозиционные и нанодисперсные материалы для 
высокоэффективной  сепарации  и  избирательного  ката-

 
12
лиза. 
Нанокомпозиционные  материалы  с  особой  устойчиво-
стью к экстремальным факторам для термически-, хими-
чески- и радиационностойких конструкций. 
Нанокомпозиционные  материалы,  обладающие  «интел-
лектуальными»  свойствами,  включая:  адаптивность,  ас-
социативность, память. 
Наноструктуры  и  нанокомпозиции  для  электронных  и 
фотонных информационных систем. 
Нанокомпозиционные  биоорганические  материалы  для 
медицины и биотехнологии. 
 Специальные нанокомпозиционные материалы с низкой 
эффективной  отражающей  или  сверхвысокой  погло-
щающей способностью в СВЧ и оптическом диапазонах 
длин волн.  
Специальные нанодисперсные материалы с максимально 
эффективным  энерговыделением,  в  том  числе  и  им-
пульсным. 
Нанотехнологии  Машиностроительные нанотехнологии (механическая и 
корпускулярная обработка с наноточностью). 
Физико-химические 
нанотехнологии 
(атомно-
молекулярная  химическая  сборка  неорганических  и  ор-
ганических веществ). 
Атомно-зондовые 
нанотехнологии 
(нанозондовый 
сверхлокальный синтез и модифицирование).  
Биомедицинские  нанотехнологии  (нанозондовый  сверх-
локальный синтез и модифицирование). 
Аппаратно-методическое  обеспечение  чистоты  и  мик-
роклимата в индустрии наносистем.  
Нанодиагностика  Экспресс-методы контроля химического состава и гео-
метрии нанообъектов. 
Экспресс-методы регистрации электрических , магнит-
ных  и  акустических  полей  нанообъектов,  контроль  их 

 
13
физических и химических свойств. 
Наносистемы 
(наноустройства) 
Нанохимические  компоненты  (сорбенты,  катализаторы, 
насосы,  реакторы)  для  высокоэффектиной  очистки,  из-
бирательного  сверхскоростного  высокопроизводитель-
ного синтеза, атомно-молекулярной инженерии.  
Наноэлектронные  компоненты  (элементная  база)  для 
сверхинтегрированных  сверхмощных  сверхскоростных 
систем  генерации,  хранения,  передачи  и  обработки  ин-
формации.  
Нанооптические компоненты (элементная база- излуча-
тели, фотоприемники, преобразователи) для энергетиче-
ски эффективной светотехники, систем сверхскоростной 
«сверхплотной»  высокопомехозащищенной  передачи  и 
обработки информации.    
Микро-  и  наноинструмент  для  процессов  атомно-
молекулярной инженерии.  
1.4. Перспективы использования нанотехнологий 
 
 
Использование  возможностей  нанотехнологий может  уже  в  недалекой 
перспективе  принести  резкое  увеличение  стоимости  валового  внутреннего 
продукта  и  значительный  экономический  эффект  в  следующих  базовых  от-
раслях экономики. 

  В  машиностроении - увеличение  ресурса  режущих  и  обрабатываю-
щих инструментов с помощью специальных покрытий и эмульсий, широкое 
внедрение  нанотехнологических  разработок  в  модернизацию  парка  высоко-
точных и прецизионных станков. Созданные с использованием нанотехноло-
гий  методы  измерений  и  позиционирования  обеспечат  адаптивное  управле-
ние  режущим  инструментом  на  основе  оптических  измерений  обрабатывае-
мой поверхности детали и обрабатывающей поверхности инструмента непо-
средственно  в  ходе  технологического  процесса.  Например,  эти  решения  по-
зволят  снизить  погрешность  обработки  с 40 мкм  до  сотен  нанометров  при 
стоимости  такого  отечественного  станка  около 12 тыс. долл.  И  затратах  на 
модернизацию не более 3 тыс. долл. Равные по точности серийные зарубеж-

 
14
ные станки стоят не менее 300-500 тыс. долл. При этом в модернизации нуж-
даются  не  менее 1 млн  активно  используемых  металлорежущих  станков  из 
примерно 2,5 млн станков, находящихся на балансе российских предприятий. 

  В двигателестроении и автомобильной промышленности - за счет 
применения  наноматериалов,  более  точной  обработки  и  восстановления  по-
верхностей можно добиться значительного (до 1,5-4 раз) увеличения ресурса 
работы автотранспорта, а также снижения втрое эксплуатационных затрат (в 
том числе расхода топлива), улучшения совокупности технических показате-
лей (снижение  шума, вредных выбросов), что позволяет  успешнее конкури-
ровать как на внутреннем, так и на внешнем рынках. 

  В электронике и оптоэлектронике - расширение возможностей  ра-
диолокационных  систем  за  счет  применения  фазированных  антенных  реше-
ток  с  малошумящими  СВЧ-транзисторами  на  основе  наноструктур  и  воло-
конно-оптических  линий  связи  с  повышенной  пропускной  способностью  с 
использованием  фотоприемников  и  инжекционных  лазеров  на  структурах  с 
квантовыми  точками;  совершенствование  тепловизионных  обзорно-
прицельных систем на основе использования матричных фотоприемных уст-
ройств,  изготовленных  на  базе  нанотехнологий  и  отличающихся  высоким 
температурным  разрешением;  создание  мощных  экономичных  инжекцион-
ных лазеров на основе наноструктур для накачки твердотельных лазеров, ис-
пользуемых в фемтосекундных системах. 

  В информатике - многократное повышение производительности сис-
тем  передачи,  обработки  и  хранения  информации,  а  также  создание  новых 
архитектур  высокопроизводительных  устройств  с  приближением  возможно-
стей вычислительных систем к свойствам объектов живой природы с элемен-
тами  интеллекта;  адаптивное  распределение  управления  функциональными 
системами,  специализированные  компоненты  которых  способны  к  самообу-
чению и координированным действиям для достижения цели. 

  В  энергетике  (в  том  числе  атомной) - наноматериалы  используются 
для совершенствования технологии создания топливных и конструкционных 
элементов,  повышения  эффективности  существующего  оборудования  и  раз-
вития альтернативной энергетики (адсорбция и хранение водорода на основе 
углеродных  наноструктур,  увеличение  в  несколько  раз  эффективности  сол-
нечных батарей на основе процессов накопления и энергопереноса в неорга-
нических  и  органических  материалах  с  нанослоевой  и  кластерно-

 
15
фрактальной  структурой,  разработка  электродов  с  развитой  поверхностью 
для водородной энергетики на основе трековых мембран). Кроме того, нано-
материалы применяются в тепловыделяющих и нейтронопоглощающих эле-
ментах ядерных реакторов; с помощью нанодатчиков обеспечивается охрана 
окружающей  среды  при  хранении  и  переработке  отработавшего    ядерного 
топлива и мониторинга всех технологических процедур для управления каче-
ством  сборки  и  эксплуатации  ядерных  систем;  нанофильтры  используются 
для разделения сред в производстве и переработке ядерного топлива. 

  В сельском хозяйстве - применение нанопрепаратов стероидного ря-
да, совмещенных с бактериородопсином, показало существенное (в среднем 
1,5-2 раза)  увеличение  урожайности  практически  всех  продовольственных 
(картофель,  зерновые,  овощные,  плодово-ягодные)  и  технических  (хлопок, 
лен) культур, повышение их устойчивости к неблагоприятным погодным ус-
ловиям. Например, в опытах на различных видах животных показано резкое 
повышение их сопротивляемости стрессам и инфекциям (падеж снижается в 
2 раза относительно контрольных групп животных) и повышение продуктив-
ности по всем показателям в 1,5-3 раза. 

  В здравоохранении - нанотехнологий обеспечивают ускорение разра-
ботки  новых  лекарств,  создание  высокоэффективных  нанопрепаративных 
форм и способов доставки лекарственных средств к очагу заболевания. Ши-
рокая перспектива открывается и в области медицинской техники (разработ-
ка  средств  диагностики,  проведение  нетравматических  операций,  создание 
искусственных органов). Общепризнано, что рынок здравоохранения являет-
ся одним из самых значительных в мире, в то же время он слабо структури-
рован и в принципе "не насыщаем", а решаемые задачи носят гуманитарный 
характер. 

  В  экологии - перспективными  направлениями  являются  использова-
ние фильтров и мембран на основе наноматериалов для очистки воды и воз-
духа, опреснения морской воды, а также использование различных сенсоров 
для  быстрого  биохимического  определения  химического  и  биологического 
воздействий,  синтез  новых  экологически  чистых  материалов,  биосовмести-
мых и биодеградируемых полимеров, создание новых методов утилизации и 
переработки отходов. Кроме того, существенное значение имеет перспектива 
применения нанопрепаративных форм на основе бактериородопсина. Иссле-
дования,  проведенные  с  натуральными  образцами  почв,  пораженных  радиа-

 
16
ционно и химически (в том числе и чернобыльскими), показали возможность 
восстановления  их  с  помощью  разработанных  препаратов  до  естественного 
состояния  микрофлоры  и  плодоносности  за 2,5-3 месяца  при  радиационных 
поражениях и за 5-6 месяцев при химических. 

  В  военной  промышленности – в  последнее  время  нанотехнологии 
широко  используются  при  изготовлении  разведывательных  и  боевых  уст-
ройств. В Японии и США уже созданы образцы «цифровой бумаги» - тонкие 
и  гибкие  пленочные  массивы  наноэлектронных  схем  [Nanotechnology-
Revolutionary Opportunities and societal Implications/M.Roco, R. Tomellini, 3
rd
 
Joint EC-NSF Workshop on Nanotechnology 2002].   
И в  заключение следует более подробно остановиться на  элементной 
базе  компьютеров  следующих  поколений,  которая    будет  включать  в  себя 
большое количество различных объектов, в том числе: 
- Квантовые нити как суперпроводящие устройства с поперечным квантова-
нием и как генераторы субмиллиметрового диапазона волн. 
- Нанотранзисторы. 
- Запоминающие энергонезависимые наноэлектронные устройства на снове 
квантовых точек для терабитной памяти. 
- Нейроструктуры для нанокомпьютеров. 
- Изделия наноэлектронной техники на основе новых материалов (карбида 
вольфрама,  борида  вольфрама,  карбида  бора,нитрида  бора)  для  работы 
при температуре 2000 - 3000 град.С и в условиях ядерного взрыва. 
-  Высокотемпературные  усилители,  генераторы  и  логические  устройства 
для съёма информации с первичных датчиков с частотным диапазоном до 
нескольких тераГерц.  
- Моделирование технологии и архитектуры нанокомпьютеров. 
Нанооптические электрически перестраиваемые генераторы когерентного 
лазерного излучения для применений:  
- в приборах для обнаружения наркотиков и взрывчатых веществ ("Супер-
Нос"), 
- в плоских экранах на основе карбидов, 
- в устройствах дисплейной техники, 
- в наноиндустрии при производстве новых материалов методами  
селективного катализа (проведением управляемых химических реакций). 

 
17
Высокоэффективные  источники  когерентного  лазерного  излучения  для 
использования в нанопроизводствах и антенных решетках нового поколе-
ния. 
-  Новые  нанооптические  материалы  для  летательных  аппаратов  с  автома-
тически изменяемой окраской поверхности. 
- Лазерные наногироскопы.