CC BY
41
Б. Н. Иванов, М. И. Билалов, И. Ш. Абдуллин
ГЕНЕРАТОР НАНОИНДУСТРИИ
Ключевые слова: наноиндустрия, кадры, фундаментально-прикладное образование.
Наноиндустрия немыслима без наличия подготовленных кадров. Вектором цивилизованного развития нации представляется единая цепь совокупности процессов: «образование-культура-труд-товар-деньги-товар-труд-культура-образование». Приоритетным является фундаментально-прикладное образование.
В настоящее время в КГТУ (КХТИ) созданы все предпосылки для формирования научно-образовательного центра подготовки специалистов по волновым нанотехнологиям.
Keywords: nanotechnology industry, personnel, fundamental applied education.
Nanoindustry development is impossible without highly trained professionals. The vector of nation's civilized progress is defined as a chain of processes: education-culture-labour-commodity-money-commodity-labour-culture-education". Fundamental applied education is of maximum priority.
In present day in KSTU (KCTI) research team all the necessary prerequisites are created for the founding of the scientific and educational centre , which goal is to train specialists on wave nanotechnology.
Причиной развития любой отрасли науки и промышленности, как правило, является потребность человеческого общества. В этой связи наноиндустрия ничем не выделяется из общего правила и начинается с целенаправленного создания нанотехнологий, которое немыслимо без наличия подготовленных кадров.
Рыночное развитие образования, науки и промышленности подчиняется известной схеме К. Маркса «товар-деньги-товар». Данная формула, несмотря на свою верность, унижает и принижает роль личности человека, низводя ее на уровень товара. В то же время, движение масс склонно к хаотичности и именно личности придают ему направление. Вследствие этого, вектором цивилизованного развития нации представляется единая цепь совокупности процессов: «образование-культура-труд-товар-деньги-товар-труд-культура-образование» [1]. Доступное общее и специальное образование является не только производительной силой, но и нравственным индикатором государства и общества. Если образование не обеспечивает сочетание общегосударственных, региональных, корпоративных и личных интересов, то оно перестает являться производительной силой и становится самообразованием. Образование и наука - «архимедов рычаг» развития общества. Причем приоритетным является фундаментально-прикладное образование, поскольку перефразируя А. И. Герцена, связь теории с практикой можно отобразить деревом: убери ствол (теорию) - ветви (практика) отпадут, убери ветви - остается мертвый пень.
Объективный материальный доход ограничен, а субъективные материальные доходы «растут» за счет их перераспределения и ускорения обращения. Объективно растут информационный и квалификационный (в т.ч. интеллектуальный) ресурсы. Они и предопределяют эффективность созданных технологий и производств по получению и использованию материальных ресурсов, а также степень техногенного воздействия на окружающую среду. Следовательно, именно кадры, овладевшие нанотехнологиями - одними из важнейших видов информационного и производительного ресурсов, - являются генератором
уровней и направлений развития наноиндустрии. Наиболее интересным и перспективным направлением представляется обработка сложных органических систем. В первую очередь, при осуществлении промышленных химических жидкофазных органических процессов, доля которых составляет ~ % объема всех химических производств.
Для сложных жидкофазных процессов характерен парадокс: представляя собой взаимодействие нестехиометрических соединений, они достаточно корректно описываются стехиометрическими уравнениями реакций. Данное обстоятельство, очевидно, объясняется следующими причинами:
- взаимодействие главным образом определяется массами реагентов на соответствующих поверхностях. Число же Авогадро является не теоретической, а эмпирической величиной. Более того, неполное соответствие количеств реагирующих компонентов числу Авогадро, зачастую, не играет большого значения. Например, если в 1 моле гептана (С7Н16) недостает 6,023 1010 молекул, то эта астрономическая цифра на его массе не скажется («недостача» составит ~ 10-11 г);
- по-видимому, в жидкостях химические и физические взаимодействия в основном осуществляются посредством ингредиентов поверхностных слоев ассоциатов, представляющих совокупность множества молекул. При этом взаимодействия самоусредня-ются в соответствии с сохранением вещества, движения и структурности [2].
Конечной задачей наноиндустрии, по нашему убеждению, является создание такой технологии, которая при осуществлении целевого процесса использует побочные явления, нивелируя действие последних. Такая технология может быть создана только при учете локальных и общих усредненных резонансных частот колебаний реактантов. Решение данной задачи невозможно без владения научно-техническими кадрами системным подходом, специфика которого состоит в ориентировании исследований на одновременное раскрытие целостности объекта, выявлении многообразных связей в нем и сведении их в единую
научную систему. Для этого необходима соответствующая методология подготовки кадров.
Выбор научно обоснованной подготовки кадров затруднен отсутствием единой по толкованию физического смысла терминологии. Нами 25 лет назад [3] уже предпринималась попытка восполнить этот пробел. С тех пор сформулированные термины прошли определенную апробацию. Наряду с фундаментальными постулатами использовались следующие: противоречивость не только неуничтожима в целом, но и не может быть абсолютного перехода одного вида противоречий в другой; качество при переходе в новое качество частично сохраняет количественно основной структурный элемент. Данные постулаты уточняют ряд важных для науки и практики понятий: процесс - переход рассматриваемой системы из одного состояния в другое; время - объективный относительный параметр, характеризующий, прежде всего, очередность событий и их соотношение; поле - как и всякое материальное образование характеризуется наличием частиц с массой покоя; энергия (от греч. епе^е1а - действие) - в наиболее широком смысле есть мера противоречивости. При этом не система обладает энергией, а систему характеризуют энергией. В относительно узком смысле под обменом энергией следует подразумевать оценку обмена материальными образованиями движением и веществом (вещество является носителем движения). Из изложенного вытекают следующие более узкие, но важные положения:
- энергии активации в принципе не может быть величиной постоянной. Факт, что она для большинства процессов меньше энергии диссоциации наименее прочной связи в молекуле, можно объяснить следующим образом: поскольку различные виды движения «усредняются», то спектр устойчивости всей системы меньше собственного спектра колебаний отдельной связи;
- теплоемкость характеризует способность системы поглощать определенное количество теплового движения без его существенного перераспределения (то есть без совершения работы). Степень этой способности определяется строением и составом системы.
- при выборе стандартных (нулевых) уровней отсчета корректнее говорить о равенстве нулю изменений энтальпии и энергии Гиббса образования простых веществ, а не самих этих функций (как принято).
Для нанотехнологий теоретическое и практическое значения представляет возможность определения прямой связи изменения скорости химической реакции (АУГ) с изменениями средней линейной скорости движущихся частиц (через ее связь со скоростями колебательных движений) составляющих реакционную систему (А—) что позволит предложить новые методы повышения интенсивности и селективности химико-технологических процессов. Естественно, на практике осуществить такую количественную оценку можно только усреднено и приближено, учитывая принцип дифференциации и интеграции явлений (для каждой материальной системы в зависимости от уровня ее организации характерен свой
количественный скачок, определяющий возникновение нового структурного образования). Отправными посылками могут быть следующие: энергию активации можно разложить на ЛЕ1 и ДЕг , где ДЕ1 -энергия, характеризующая изменения состояния мик-ро- и элементарных частиц, составляющих систему, без выхода их за пределы спектра устойчивого собственного движения; де2 - энергия, являющаяся мерой процессов, сопровождающихся обменом веществ, их перемещением, выхода вещества (микро- и элементарных частиц) за пределы спектра собственного движения, сочетанием этих процессов (то есть работа (А )). Выразив работу через силу (Р) и величину перемещения I носителя (масса его определяется уровнем рассматриваемого процесса), получим
А ^ Р • I ^ т • — • W • Дт ^ т • W2 , (1) Дт
-(ДЁ+Аует
Далее АУГ через К = К0 • е можно
связать с А—.
Изменения энергии, оценивающие различные виды движения, целесообразно первоначально приводить к единице массы, а затем к приведенной поверхности, после чего оценивать общее количество. Данным способом учитывается вклад нано- и супрамоле-кулярных структур. В 1-ом приближении для его оценки можно применять формулу Гиббса. Значения изменений энтальпий и энтропий находятся частью по справочным данным и приближенным формулам, частью на основе специальных термохимических и спектральных исследований. Причем расчет нужно вести от 0 К.
Если абстрагироваться от типов физической и химической связи, ясно, что они имеют вещественноволновую природу. На это указывает вся история развития науки и человечества. Среди возможных «первопричин» того или иного типов взаимодействия наиболее ясной для понимания является гравитация. Известно [4], что: частота гравитационного поля Солнца, в котором находится Земля, в течение года изменяется в пределах 3% (однако 3%-го годового колебания величины ускорения силы тяжести на Земле не наблюдается); тепловая энергия внутри Земли в основном выделяется за счет перехода энергии гравитационного колебания ядер атомов в теплоту; у поверхности ядра атома гравитационные силы могут быть как угодно большими, так как градиент частоты поля в этом месте стремится к бесконечности. Гравитационное притяжение может служить основной причиной практически всякого материального взаимодействия. Неслучайно, например, закон электростатического
притяжения Кулона (е ~ ), положенный в осно-
г2
ву большинства современных воззрений на суть химической связи, математически записывается идентично закону тяготения Ньютона (0 ~ т1 •т2 ).
Г
По-видимому, электрон в прямом смысле, как указывал классик, «... неисчерпаем, как атом». Возможность этого проиллюстрирована в работе [5].
Не беремся утверждать о всеобъемлющей роли гравитации в химических процессах, но возможно, именно асимметрия частот и амплитуд гравитационных колебаний и обусловливает неполярные, полярные и химические взаимодействия в ассоциативных системах. Это положение, если оно верно, открывает путь к созданию новых нетрадиционных технологий.
Молекулы, как известно, не имеют сферической формы, но их ассоциаты могут иметь сфероподобную форму. По мнению авторов, ассоциаты «входят» друг в друга (либо «отталкиваются») «минимумами» и «максимумами» своих поверхностных слоев, образованными функциональными группами, радикалами или отдельными связями. Подобная гипотеза позволяет рассматривать взаимодействие смешиваемых жидких систем как взаимодействие их «внутренних» поверхностных слоев. Точный количественный расчет этого взаимодействия невозможен. Прежде всего, вследствие колебания интенсивностей движения и удельных поверхностей смешиваемых систем. Поэтому желательно использовать обобщенные показатели. В качестве «критериев смешения» (своеобразных аналогов критериев подобия) можно принять соотношения типа:
3^1 • & • XI кип .
т:
3 ji • Ci • Ti кип 3 ji • Ci • Ti
mi
'Vi
3 Ji • Ci • Ti і
VT-
(2)
где - динамическая вязкость i-й системы, C, - ее плотность, T, кип - температура кипения, m,, V,, р, -масса, объем, плотность соответственно.
Проведенные расчеты нашли экспериментальное подтверждение [6].
Вышеизложенные факты и положения предопределены вещественно-волновой природой всех материальных образований, включая живые организмы, homo sapiens и человеческий социум. Следовательно, для реализации задач наноиндустрии подготавливаемые кадры должны овладеть в первую очередь:
- связями уровней структурности материальных образований с основными формами проявления
закона Сохранения и базовыми понятиями химической технологии;
- сутью физического и химического типов взаимодействий как двумя формами одного механизма; понятиями торсионных полей, микро- и макрокинетики жидкофазных химико-технологических процессов, их стохастической составляющей; ассоциативностью как коренной характеристикой жидкофазных систем; критериями смешения;
- способами создания резонанса в природных и техногенных процессах, принципами действия испытательного стенда резонансных частот;
- сопряженным физико-математическим моделированием процессов;
- пониманием сути научно-практических инновационных кластеров;
- связью химических технологий и инжени-ринга; направлениями развития ресурсосбережения и экологических аспектов химической технологии;
Для исполнения поставленных задач создан совместный Казанского государственного технологического университета и ОАО «Татнефтехиминвест-холдинг» научно-образовательный центр «Волновые процессы и технологии».
Литература
1. Валеев, Р. М. О концепции непрерывного образования в Республике Татарстан / Р. М. Валеев, Б. Н. Иванов // Служебная лестница. - Казань. - 2002. - № 1. - С. 18-21.
2. Иванов, Б. Н. Структурополагающие основы ассоциативных процессов нефтепереработки. Сообщение 1 / Б. Н. Иванов [и др.] // Нефтепереработка и нефтехимия. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2004. - № 6. - С. 23-27.
3. Иванов, Б. Н. Качественный подход к оценке реакционной способности материальных образований. Сообщение 1. Исходные посылки / Б.
Н. Иванов // ВИНИТИ, № 2338-В87, 1987.
4. Козлов, Ю. П. Развитие представлений Ломоносова о физической природе тяготения (эмпирические начала гравитации) / Ю. П. Козлов. - Казань: КГТУ, 2001. - 52 с.
5. Иванов, Б. Н. Онтология теоретических основ химической технологии. / Учеб. Пособие Казань, КГТУ. - 2006. -72 с.
6. Иванов, Б. Н. Некоторые трибологические аспекты ассоциативности сложных жидкофазных органических систем. Сообщение 1 / Б. Н. Иванов, Р.Н.Костромин, А.Р.Садыков // Вестник Казанского технологического университета. Казань: Отечество . - 2004. -№ 2. - С. 57-63
p
©Б. Н. Иванов - д-р техн. наук, проф. КНИТУ, ivanovbn@rambler.ru; М. И. Билалов - мл. науч. сотр. КНИТУ,
bilama@rambler.ru; И Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., проректор по НР КНИТУ.
