ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ОРИЕНТИРОВАННЫХ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ НАНОМАТЕРИАЛОВ

Третьяков Ю.Д.; Гудилин Е.А.

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ОРИЕНТИРОВАННЫХ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В ОБЛАСТИ НАНОМАТЕРИАЛОВ

Ю.Д. Третьяков, Е.А. Гудилин

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Химический факультет и Факультет наук о материалах 119991, Москва, Ленинские горы, тел. (495) 939-2074, факс (495) 939-0998, e-mail: [email protected]; [email protected]

В обзоре проведен анализ основных направлений фундаментальных и ориентированных фундаментальных исследований, часть из которых уже проводится в зарубежных и отечественных лабораториях, а другие еще предстоит развернуть в ближайшем будущем при условии, что эти лаборатории будут оснащены самыми современными техническими средствами.

MAJOR DIRECTIONS OF BASIC AND DEDICATED BASIC RESEARCH IN THE AREA OF NANOMATERIALS

Yu.D. Tretyakov, E.A. Goodilin

M.V. Lomonosov Moscow State University Chemical Faculty and Faculty of Materials Sciences 119991, Moscow, Lenin Hills, phone: (495) 939-2074, fax: (495) 939-0998 e-mail: [email protected]; [email protected]

This overview analyzes major trends in basic and dedicated basic research activities, which are either already underway in foreign and home laboratories, or expected to be launched in the near future subject to the availability of state-of-the-art equipment in respective laboratories.

I. Введение

В научной литературе такие ключевые в современном понимании термины, как «наноматериалы» и «нанотехнологии», появились лишь немногим более 30 лет назад [1]. Между тем технология получения цветных стекол, окрашенных наночастицами металлов, была известна еще в Древнем Египте, а возраст биологических нанообъектов вообще сопоставим с продолжительностью существования жизни на Земле. Некоторые исследователи [2, 3] связывают появление наноматериалов с коллоидными системами, в изучении которых исключительную роль сыграли Р.Зигмонди и Т.Сведберг, удостоенные Нобелевских премий по химии за 1925 и 1926 г. соответственно. Однако ближе всего к современному пониманию «нанотехнологий» и «наноматериалов» оказался нобелевский лауреат Р.Фейнман [4], предложивший два принципиально разных подхода к созданию на-нопродуктов: «снизу вверх» и «сверху вниз», первый из которых связан с осуществлением процессов атомарной или молекулярной сборки (самосборки), а второй - с процессами механического диспергирования, интенсивных пластических деформаций, распадом твердых растворов и другими процессами. При-

мечательно, что предложенные Р. Фейнманом подходы появились задолго до создания инструментов (сканирующие туннельные высокоразрешающие электронные и атомно-силовые микроскопы), позволивших не только исследовать, но и создавать контролируемым образом необходимые наноструктуры.

Экспериментальные исследования последнего десятилетия показали, что развитие нанотехнологии, нацеленной на производство и использование твердых нанодисперсных веществ, тормозится недостатком информации о закономерностях их поведения в техногенных и природных системах. Наметилась необходимость проведения крупномасштабных фундаментальных исследований, обеспечивающих понимание возможностей получения и использования нанодисперсных веществ в технике, медицине и сельском хозяйстве. Тематика необходимых исследований относится к пограничным областям физики, химии, биологии и медицины, образуя широкий фронт междисциплинарного поиска.

Отсутствие консенсуса в понимании того, что такое наноматериалы и нанотехнологии, обусловлено различием научных подходов исследователей, и это вызывает необходимость уточнить соответствующие определения. Нанотехнологии (НТ) - это совокуп-

ность процессов, позволяющих создавать материалы, устройства и технические системы, функционирование которых определяется в первую очередь наноструктурой, т.е. фрагментами структуры размером от 1 до 100 нм. Наноматериалы (НМ) - продукты нано-технологий, их следует характеризовать как материалы, функциональные свойства которых определяются наноуровнем их структуры.

Следует отметить, что большинство материалов, независимо от их функционального или конструкционного назначения, имеет многоуровневую структуру [5], иллюстрируемую рис. 1. Наноуровень структуры существует в любом материале, с той лишь разницей, что далеко не в каждом из них наноуро-вень играет определяющую роль в формировании функциональных свойств [6]. Более того, наноуро-

вень структуры, эволюционирующий в зависимости от условий создания или функционирования материала, изменяется во времени, хотя эти изменения научились контролировать сравнительно недавно в результате так называемой инструментальной революции [7].

Существование иерархически структурированных систем является проявлением сложности и многообразия взаимодействий на различных уровнях (масштабах) организации материи. В настоящее время проблема исследований и моделирования поведения (экспериментального и теоретического) различных иерархически структурированных систем приобретает особое фундаментальное значение в связи со «взрывом» информационных, энергосберегающих технологий, биохимии и, разумеется, нанотехнологий.

Рис. 1. Иерархия уровней структуры различных функциональных наноматериалов, слева направо: крупнокристаллическая сверхпроводящая керамика с нанофлуктуациями состава, выступающими в качестве эффективных центров пиннинга, наноструктурированные микросферы манганитов, обладающих колоссальным магнетосопротивлением, поверхностно-декорированные нитевидные кристаллы манганитов с туннельной структурой,

образцы ванадий-кислородных нанотубуленов Fig. 1. Structural hierarchy of different functional nanomaterials, left to right: macrocrystalline superconducting ceramics with compositional nanofluctuations acting as effective pinning sites, nanostructured manganite microspheres possessing enormous magnetic resistance, surface-decorated tunnel-structured manganite whiskers, samples of vanadium-oxygen nanotubules

Особой проблемой при этом является создание материалов с элементами наноструктурирования, в которых рекордные функциональные свойства или проявления полифункциональности возникают за счет вклада в «формирование» свойств различных уровней структуры - и не только на нано-, но и на микроуровне структуры. Подобная концепция нашла

свое отражение в работе [8], а позднее - при рассмотрении концепций реальной структуры керамических материалов и эффектов топохимической памяти [9, 10].

И.В. Мелихов [11] одним из первых поставил вопрос о рациональном соотношении фундаментальных и прикладных знаний при разработке новых на-

номатериалов и нанотехнологий. При этом под фундаментальными знаниями он предложил рассматривать научную информацию о явлениях и процессах в наносистемах, а под прикладными разработками -информацию о том, как эти явления и процессы реализуются в конкретных реакторах и аппаратах.

В отличие от обычных технологий нанотехнологии характеризуются повышенной «наукоемкостью» и затратностью, необходимостью высокоинтеллектуальной и экспертной деятельности, и поэтому в них резко снижена вероятность успешного решения проблем методом «проб и ошибок», который традиционно используют во многих прикладных разработках [12]. Поэтому путь от лаборатории к наноиндустрии, несомненно, является более сложным, чем при выходе на промышленное производство «обычных» продуктов.

Теснейшая взаимосвязь фундаментальных и прикладных аспектов развития новых поколений НМ и НТ проявляется в обоюдном направлении. Нет сомнений, что основные пути фундаментальных исследований в области НМ и НТ определяются необходимостью создания новых поколений функциональных и конструкционных материалов практически в любых областях деятельности, включая энергетику, машиностроение, химическую промышленность, электронику и информационные технологии, авиацию и космос, авто- и железнодорожный транспорт, судостроение, строительство, медицину и здравоохранение, создание новых лекарственных препаратов и биоматериалов, производство и хранение пищевых продуктов, в том числе технологии опреснения воды, изготовление одежды (текстиль, шерсть, шелк) с улучшенными функциональными свойствами, биотехнологию и сельское хозяйство, включая улучшение качества почв, создание новых бытовых продуктов (краски, холсты, бумага) и ценных бумаг (документы, денежные знаки), наконец, производство многообразных продуктов «двойного» назначения.

В то же время фундаментальные исследования принципиально отличаются от прикладных тем, что их эффективность, особенно в таких наукоемких направлениях, как создание НМ и НТ, не предопределена заранее и зачастую не ясна даже самим исследователям. Поэтому путь от оригинальной научной идеи к ее практическому воплощению может оказаться исключительно извилистым и далеко не всегда предсказуемым. Именно по этой причине финансирование фундаментальной науки во многих странах было и остается уделом государства. Примером может служить реализуемая в США «Национальная нанотехно-логическая инициатива» [13] и аналогичные программы, созданные в Японии [14] и странах Европейского Союза [15]. К сожалению, в силу ряда объективных причин этот путь не был вовремя реализован в России. После распада СССР и мучительных поисков элементарного физического выживания научное сообщество нашей страны потеряло целое десятилетие для интенсивной творческой активности.

Рис. 2. Основные факторы, влияющие на практически-важные структурно-чувствительные характеристики микро- и наноструктурированных материалов Fig. 2. Key factors that influence application-relevant structural sensitivity properties of micro- and nano-structured material

Разумеется, это касалось не только развития нано-технологий, но прежде всего именно их, поскольку визуализация и контролируемое создание нанопро-дуктов требовало крайне дорогостоящего оборудования, которым наши исследователи не располагали, а многие не располагают и сейчас [16, 17]. Свойства наноматериалов, как и любых других материалов, зависят от их химического состава, структуры, морфологической организации, размера, размерности и степени упорядочения составляющих их фрагментов, отвечающих нанодиапазону (рис. 2). Естественным способом получения наноматериалов могут быть самосборка и самоорганизация. Организация (возникновение наноструктурного упорядочения) при самосборке контролируется, главным образом, конкуренцией различных сил взаимодействия, имеющих чаще всего молекулярную природу, наподобие гидрофильных-гидрофобных взаимодействий, сил гравитации, ван-дер-ваальсовых или кулоновских взаимодействий [18]. Самосборка («консервативная самоорганизация») - процесс образования упорядоченной надмолекулярной структуры или среды, в котором в практически неизменном виде принимают участие только компоненты (элементы) исходной структуры, аддитивно составляющие или «собирающие» как части целого результирующую сложную структуру. Самоорганизация может быть использована как механизм создания сложных «шаблонов», процессов и структур на более высоком иерархическом уровне организации, чем тот, что наблюдался в исходной системе, за счет многочисленных и многовариантных взаимодействий компонентов на более низких уровнях, на которых действуют свои, локальные законы взаимодействия, отличные от законов коллективного поведения самой упорядочивающейся системы. Для процессов самоорганизации характерны различные по масштабу энергии взаимодействия, а также существование ограничений степеней свободы системы на нескольких структурных уровнях.

м

Ш

41

Все многообразие наноматериалов (рис. 3) целесообразно классифицировать на следующие группы [19]:

• Объемные (3Б) наноструктурированные материалы, формируемые в результате термических, механических воздействий (металлы и сплавы с ульт-рамикрозернистой структурой, спинодальный распад в стеклообразных материалах или твердых растворах) или спекания предварительно компактируемых массивов наночастиц (нанокерамика).

• Наноструктурированные планарные (2Б) материалы, включая тонкие и толстые пленки и покрытия, продукты нанопечатной литографии и самособирающиеся монослои.

• Наноструктурированные (Ш) материалы, в том числе нанотрубки, нановолокна, наноагрегаты и нанопроволоки, формируемые из пересыщенных пара, раствора или в результате электрохимических и плазмохимических процессов.

• Нанодисперсные (0Б) материалы (нанопорош-ки, нанокристаллы, квантовые точки), получаемые в результате механического измельчения объемных объектов, путем кристаллизации пересыщенных систем (из пара, жидких фаз - водных и неводных растворов или расплавов), а также нанокластеры, создаваемые самосборкой или стабилизируемые благодаря разнообразным темплатам.

• Нанокомпозиты, состоящие из мезопористой матрицы с Ш-каналами или 2Б-слоями, заполненными нанофазой, или нановискеров, нанотрубок и наночастиц в полимерной, металлической или керамической матрице.

• Супрамолекулярные материалы, формируемые из более простых молекул с целью создания молекулярных устройств или машин, имитирующих биологические процессы в живых организмах, нанопори-стые структуры.

Рис. 3. Классификации наноматериалов по критерию их размерности Fig. 3. Classification of nanomaterials according to their dimensionality

Выбор важнейших направлений чисто фундаментальных и ориентированных на решение практических проблем фундаментальных исследований в области наноматериалов представляется авторам как крайне непростая и вместе с тем исключительно важная задача. Группа экспертов под руководством академика Е.Н. Каблова сочла возможным выделить

в качестве основных рассматриваемые ниже направления исследований, часть из которых уже проводится в зарубежных и отечественных лабораториях, а другие еще предстоит развернуть в ближайшем будущем. Эти направления могут быть условно разделены на шесть групп, рассматриваемых в последующих разделах обзора.

42

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 6 (74) 2009

i? M

В настоящем обзоре материал каждого раздела содержит общую часть, предваряющую формулировку направлений фундаментальных исследований, перечень важных направлений исследований, связанных с общей тематикой раздела, а также примеры рассматриваемых объектов и материалов, преимущественно представляющие собой результаты исследований, выполненных на факультете наук о материалах и кафедре неорганической химии химического факультета МГУ. В завершение каждого раздела проводится обсуждение представленных примеров. При этом литературные ссылки служат своеобразной базой для постановки исследований в сформулированных авторами направлениях.

II. Фундаментальные химические, физические

и механические особенности наносостояния

Ключевым вопросом, связанным с исследованием наноматериалов, является возникновение определенных химических, физических и других особенностей при переходе вещества в наносостояние. Изменение химических свойств диктуется наличием достаточно большой доли «поверхностных атомов» и, соответственно, существованием большого вклада энергии границы раздела в термодинамические характеристики системы в целом. В ряде случаев происходит изменение относительной стабильности модификаций ультрадисперсных фаз с различной, иногда не существующей в объемном состоянии кристаллической структурой, формирование агломератов или агрегатов наночастиц, изменение механизма или кинетики реализации топохимических реакций, диффузионного (ионного, электронного) транспорта вещества и носителей заряда через развитые границы раздела. Подобные особенности определяют существенные изменения механизмов формирования наночастиц и их агрегатов, приводя к морфологическому разнообразию нанообъектов. Существование большой площади поверхности и наличие метастабильных фаз с достаточно большим количеством потенциально активных центров гетерофазного взаимодействия способствует существенному повышению каталитической активности. Указанные особенности также тесно перекликаются с изменением термической стабильности нано-систем, изменением параметров теплопроводности, теплоемкости и пр. С точки зрения физических свойств большое влияние начинают оказывать «эффекты близости», связанные с перекрытием зон Ферми при близком контакте составных частей наномате-риала или нанокомпозита, а также окружающей их газообразной или жидкой среды. При этом в существенной степени проявляются также эффекты туннели-рования, а квантово-размерный фактор приводит к возникновению новых оптических, электронных и магнитных характеристик, особенно в том случае, если размер наночастиц сопоставим с размерами «квазичастиц», что приводит, например, к своеобразному поведению экситонов в квантовых точках, плазмон-

ному резонансу и пр. Следует также отметить, что в подобных наносистемах специфическим образом реализуется магнитный и другие типы дальнодействую-щих обменов, которые исключают наличие блоков (доменов) внутри одной наночастицы, однако при этом может происходить взаимодействие в ансамбле наночастиц, конкурирующее с тепловыми флуктуа-циями свойств и положений наночастиц. Таким образом, ансамбли наночастиц могут проявлять новые, коллективные свойства, чувствительные к внешним условиям. В них возможна реализация кросс-корреляции различных физических характеристик, приводящая к получению полифункциональных (во всех смыслах) материалов с уникальными свойствами. Отдельно следует отметить примерное соответствие размеров нанообъектов, супрамолекулярных ансамблей и объектов биологической (белковой) природы, к тому же во всех этих «ансамблях», как правило, реализуются достаточно слабые связи - водородные, ван-дер-ваальсовы, дисперсионные взаимодействия и пр., существенно отличающиеся по энергии от взаимодействий, приводящих к формированию собственно самих отдельных нанообъектов. Эта близость характеристик энергетических воздействий, а также наличие нестандартной координации «ненасыщенных» поверхностных атомов наночастиц открывают возможность сопряжения наночастиц и биологических объектов для реализации нанобиотехнологических подходов. При этом такие «кентавры» могут достаточно легко обходить иммунную систему организма, проникать сквозь клеточные мембраны, гематоэнцефалоги-ческий и плацентарный барьеры, что дает возможность разработки новых средств доставки лекарств и терапевтического воздействия.

Существенный прогресс в понимании фундаментальных особенностей наносостояния материалов может быть достигнут, если удастся выполнить исследования, в результате которых станут известны:

- физико-химическая природа морфологического многообразия нанообъектов органической и неорганической природы, включая наночастицы, нанотруб-ки, нанокластеры, наноленты, нановискеры и тетра-поды [20, 21];

- природа функционального многообразия свойств гибридных материалов на основе фуллере-нов и их производных, одно- и многостенных углеродных нанотрубок, графена и др. [22-25];

- механизмы дефектообразования в объемных, планарных и одномерных наноматериалах [26] ;

- влияние дефектов в нанокристаллических полупроводниках на эффективность переноса заряда и генерацию излучения [27] ;

- особенности ионного и электронно-ионного транспорта в наноструктурированных материалах [28];

- кросскорреляция магнитных, электрических и оптических свойств наноматериалов на основе ме-таллоксидов, халькогенидов, пниктогенидов, галоге-нидов и др. [29];

3

,¿AiULS

43

- закономерности эволюции электрических, магнитных, оптических и теплофизических свойств на-нодисперсных веществ и материалов в процессе формирования из парообразных и жидких сред, включая сверхкритические [30];

- эволюция структурных и фазовых превращений при переходе от массивных к нанодисперсным образцам материалов тождественного химического состава [26, 31];

- влияние природы темплата на формирование наноструктур [20, 32, 33, 34];

- механизмы деформации разрушения металлических, керамических и полимерных 3-Б наномате-риалов, обусловленные особенностями наноуровня их структуры [35, 36];

- природа и пути повышения износостойкости и ударной вязкости в наноструктурированных твердых сплавах [37];

- возможности создания новых наноструктур и наноматериалов, проявляющих квантовые эффекты при комнатной температуре [18];

- природа люминесценции в нанообъектах [26];

- морфология нановключений в композитах как путь к контролируемому изменению их свойств [38];

- физико-химическая природа процессов, позволяющих достичь в нанокомпозитах высоких значений прочности и пластичности [39];

- роль наноструктурирования металлов и сплавов в предотвращении коррозии (коррозионная защита), механизмы антикоррозийного действия покрытий [40-42];

- механизмы возникновения уникальной каталитической активности в нанодисперсных системах [43-46];

- специфика поведения наноструктурированных диэлектриков [47].

Оксид цинка - широкозонный полупроводник - является одним из ярких примеров функциональных материалов, проявляющих существенное морфологическое многообразие (рис. 4), определяющее основные перспективы его практического использования [48-51]. Использование газофазных, гидротермальных, расплавных методик, «мягкой литографии» и управляемого гидролиза водных растворов, мицеллярного и темплатного синтеза [52-56] получения 2и0 позволяет получить нановискеры, наноленты, тетраподы, одномерные упорядоченные массивы на плоских подложках, сферические частицы оксида цинка для использования в оптоэлектро-нике, генерации лазерного излучения, оптической записи информации, в микро- и наноэлектронике [57-60]. При этом оксид цинка является не единственным примером подобного рода. Близок к нему по широте морфологического разнообразия диоксид титана [61-64], получаемый в виде нанопорошков, нанотрубок, вискеров, монослоевых дисперсий, аэрогелей [65-71], находящих широкое применение в

современной науке и технике для фотокатализа, в химических источниках тока, в гетерогенном катализе (см. раздел IV). Уникальные наноструктурирован-ные материалы на основе оксидов ванадия [65-71], существующие в форме ксерогелей с упорядоченной структурой, многостенных нанотрубок, нитевидных кристаллов ванадиевых бронз, гибридных органо-неорганических материалов, в зависимости от предыстории получения, находят свое применение в химических источниках тока, сенсорике и в катализе [72-76]. Таким образом, во всех указанных случаях, а также в других, не менее типичных, при постоянстве химического (а иногда и фазового) состава морфологические характеристики, определяющие специфику гетерогенного взаимодействия, дефектность структуры и проявление анизотропии кристаллографических и физических характеристик, могут служить одним из основных факторов, обуславливающих практическое использование той или иной морфологической формы в качестве функционального материала.

b

Рис. 4. Тетраподы и наноструктуры оксида цинка, полученные из газовой фазы (а) и электрохимически (b) Fig. 4. Tetrapods and nanostructures of zinc oxide grown by chemical vapor deposition (a) and by electrochemical deposition (b)

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 6 (74) 2009

III. Исследование взаимодействий в ансамблях нанообъектов

Добиться формирования дезагрегированных наночастиц, стабильных суспензий, эмульсий и других коллоидных систем без существенной доли межчастичного взаимодействия и образования агрегатов часто бывает достаточно сложно (а в ряде случаев и нецелесообразно). Поэтому при рассмотрении природы различных явлений в наносистемах и процессов, происходящих при получении и функционировании наноматериалов, следует проводить детальный анализ взаимодействий в ансамблях на-нообъектов. Указанное взаимодействие может реализоваться за счет формирования новых химических связей в ансамблях наночастиц, их физического агрегирования, протекания процессов обмена веществом или энергией. Особую роль приобретает рассмотрение специфических, различных по природе, энергии и дальнодействию взаимодействий на существующих иерархических уровнях структуры. Только такой подход способен предсказательно объяснить поведение реальных систем. Вторая важная составляющая, от которой зависит ряд важнейших функциональных характеристик, - динамика и направленность различных траспортных явлений, включая как перенос вещества, так и энергии, заряда и т.д. через развитые гетерогенные границы. Очевидно также, что кроме размерных эффектов, в существенной степени модифицирующих поведение ансамбля нанообъектов по отношению к объемному состоянию, в наносистемах будут сказываться эффекты размерности (в контексте морфологии, а также анизотропии физических характеристик) и степени упорядочения составляющих систему элементов, что должно приводить к существенному изменению интегральных характеристик ансамбля упорядоченных и взаимодействующих друг с другом нанообъектов. При этом одними из самых эффективных подходов создания упорядоченных (наноструктурировнных) систем являются самосборка и самоорганизация. Самосборка - процесс образования упорядоченной надмолекулярной структуры или среды, в котором в практически неизменном виде принимают участие только компоненты (элементы) исходной структуры, аддитивно составляющие или «собирающие», как части целого, результирующую сложную структуру. Самоорганизация может быть использована как механизм создания сложных «шаблонов», процессов и структур на более высоком иерархическом уровне организации, чем тот, что наблюдался в исходной системе, за счет многочисленных и многовариантных взаимодействий компонент на низких уровнях, на которых существуют свои, локальные законы взаимодействия, отличные от коллективных законов поведения самой упорядочивающейся системы. Для процессов самоорганизации характерны различные по масштабу энергий взаимодействия, а также су-

ществование ограничений степеней свободы системы на нескольких различных уровнях ее организации. Исследование таких взаимодействий в ансамблях нанообъектов как между собой, так и с макрообъектами (подложки, матрицы и т.д.), несомненно, является одной из важнейших с точки зрения как теории, так и практики задач и, соответственно, должно дать ответы на следующие вопросы:

- особенности термодинамики нанодисперсных систем, включая коллоидные растворы и супрамоле-кулярные структуры [2, 77-79];

- механизмы нековалентных взаимодействий и самоорганизации молекул в супрамолекулярных системах [80];

- эволюция наносистем под воздействием градиентов температуры, давления и других внешних полей [77, 81, 82];

- иерархия и взаимосвязь нано-, мезо-, микро- и макроуровней структуры в наноматериалах [83, 84];

- закономерности формирования и поведения «наножидкостей» [85];

- природа синергизма свойств составных частей нанокомпозитов на основе металлических, полимерных и керамических матриц и наполнителей, а также углеродных нанотрубок [86, 87];

- принципы функционализации текстильных тканей с защитными свойствами по отношению к термическим, химическим, световым и биологическим воздействиям [88];

- механизмы химических и структурных превращений веществ в нанореакторах [89, 90];

- механизм взаимодействий на поверхности твердых тел, покрытых наночастицами [91];

- физико-химия взаимодействия металлических, магнитных и полупроводниковых наночастиц с компонентами биоактивных жидкостей и клеточных мембран [92];

- явления нанофрагментации кристаллов при интенсивной пластической деформации металлов [93];

- механизмы организации вещества в процессах компактирования и спекания c целью формирования нанокерамики [94-96];

- миграция нанодисперсных веществ в природных и техногенных средах [97];

- формирование супрамолекулярных материалов, предназначенных для создания химических и биологических сенсоров и активных элементов микро- и оптоэлектроники [29, 98, 99];

- механизмы процессов агрегирования и агломерации наночастиц при формировании нанодисперсных продуктов [100, 101];

- явление тиксотропного восстановления структуры в нанодисперсных системах [102];

- структурные превращения в металлических и неметаллических нанокластерах [26] ;

- функционирование элементов молекулярной электроники и наноэлектроники, молекулярных устройств и машин [103].

На рис. 5 и 6 показаны типичные примеры нано-и микроструктурированных материалов, полученных в результате самосборки. В первом случае речь идет о коллоидных кристаллах, состоящих из квантовых точек, формирующих плотнейшую шаровую упаковку и приводящих к 10-30-микронным образованиям, имеющим внутреннюю структуру, подтвержденную методами просвечивающей электронной микроскопии и дифракции на синхротронном излучении, а также внешнюю огранку (сверхрешетку квантовых точек) [104]. Во втором случае формируется трехмерная дифракционная решетка - фотонный кристалл, состоящий из монодисперсных микросфер, образующих подобную же структуру [105-107]. На сегодняшний день известны организованные массивы нанокристаллов И, Ра, Ag, Аи, Бе, Со, БеРг, Ре304, С03О4, Со0, Са8, Са8е, СаТе, РЬ8е, сплавов Бе-Рг, Аи-Ag, наноструктур «ядро в оболочке» Са8/Са8е, Са8е/СаТе, Р^е, Ра/№, и т.д. [108-110].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

b

Рис. 6. Фотонно-кристаллическая структура из упорядоченных монодисперсных полистирольных микросфер (а) и металлический фотонный кристалл (b) со структурой инвертированного опала на проводящей стеклянной подложке (ITO) Fig. 6. A photonic crystal of ordered monodisperse polystyrene microspheres (a) and a metal photonic crystal (b) with inverted opal structure on conductive glass (ITO)

a

а

МЧЕг;

Rüi

КЯВИ

mm

ШШжшШт

5 MM Sil

mWiLm

b

Рис. 5. Квантовые точки оксида цинка (а) и коллоидные кристаллы из упорядоченных квантовых точек халькогенидов селена на графоэпитаксиальной кремниевой подложке (b)

Fig. 5. Zinc oxide quantum dots (а) and colloid crystals of ordered selenium chalcogenide quantum dots on silicon (b)

Размер современных микроэлектронных устройств вплотную приближается к пределу использования процессов литографии, что влечет за собой развитие областей нанотехнологии, связанных с объединением отдельных нанокристаллов в функциональные сети. Действительно, коллоидные системы можно рассматривать как наноразмерные структурные элементы или взаимозаменяемые блоки для создания различных наномеханизмов и наноуст-ройств. К сожалению, возможность манипуляции одиночными наночастицами принципиально ограничена, а следовательно, ограничен и круг получаемых объектов. Именно поэтому альтернативным подходом к организации сложных систем из отдельных элементарных блоков может служить самоорганизация или самосборка. Контроль процессов самоорганизации является сложной задачей, зачастую требующей понимания не только межчастичных взаимодействий, но и многих других физико-химических аспектов, таких как конфигурация электронной плотности на поверхности кристаллита, упругость и

46

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 6 (74) 2009

iüjLrBl

деформируемость частицы, кинетические факторы и т.д. С другой стороны, управление процессами самосборки обеспечивает мощный инструмент для создания структурированных систем на наноуровне.

Наряду с эффектами самоорганизации в наноструктурах могут проявляться эффекты самоподобия. Так, если рассматривать наночастицу в качестве элементарного структурного блока, можно ожидать образования «сверхкластеров», состоящих из нескольких наночастиц [111]. Далее, рассматривая такой агрегат в качестве «очередного» структурного блока, можно перейти на следующий уровень организации системы и т.д. Полученная таким образом модель является самоподобной и описывается с использованием подходов фрактальной геометрии. Возможность формирования самоподобных ансамблей на наноуровне приписывают влиянию лигандной оболочки, формируемой вокруг кластеров или наночастиц при их стабилизации в коллоидных растворах.

Другими типичными наносистемами, приводящими к упорядоченным структурам, могут служить самособирающиеся монослои, пленки Лэнгмюра-Блод-жетт [112-115], жидкокристаллические материалы, полимеры и композиты на их основе [116, 117].

IV. Новые подходы в технологии наноматериалов

Целенаправленное получение наноматериалов с воспроизводимыми, заранее заданными свойствами является очень сложной фундаментальной задачей, решение которой должно учитывать как указанную выше фундаментальную специфику наноматериалов, так и особенности реализации взаимодействий в ансамблях нанообъектов и их иерархичность. Получение наноматериалов означает создание метастабиль-ных систем с заданной иерархической пространственной организацией, при которой реализуются требуемые уникальные физические, физико-химические и биологические свойства. Очевидно, что далеко не все традиционные методы получения наноматериа-лов при таких исходных предпосылках способны привести к требуемому результату. Поэтому следует более тщательно подходить к вопросам получения наноматериалов, а также пытаться разработать уникальные методики под конкретные классы наномате-риалов. У большинства исследователей не вызывает сомнений, что «поатомная» сборка наноматериалов является научной утопией, а в качестве трех основных подходов могут выступать принципы самосборки, самоорганизации и использования темплатов, особенно в сочетании с рядом химических методов гомогенизации исходных прекурсоров, другими методами «мягкой химии» и с учетом всего комплекса явлений, изучаемых физической химией поверхности и термодинамики открытых систем. Эволюция наносистемы на различных стадиях получения целевого наноматериала носит характер температурно-временных превращений (ТТТ-диаграммы) и вклю-

чает как важнейший параметр время (продолжительность) процесса. Для повышений степени воспроизводимости всего процесса в целом требуется анализ влияния условий синтеза на иерархическую организацию структуры конечного ансамбля нанообъектов, в чем проявляются известные эффекты «предыстории» и «топохимической памяти». В случае, если в системе известны условия реализации процессов самосборки, при которых из унифицированных составляющих формируется более сложная, часто упорядоченная структура, или же открытая система за счет самоорганизации с использованием различных по рангу компонент и различных по типу и энергии взаимодействий формирует такое наноструктуриро-ванное состояние самостоятельно, то это может привести к эффективному получению наноматериалов с требуемыми характеристиками. В ряде случаев возможно введение в систему структурообразующих темплатов (в том числе поверхностно-активных веществ, полидентантных лигантов, жидкокристаллических матриц, дендримеров, одно- и двумерных нанореакторов) - частей сложной системы, принадлежащих тому или иному масштабному уровню пространственной организации, обеспечивающих доминирование тех или иных взаимодействий из всего набора возможных вариантов или же способствующих возникновению пространственных ограничений при формировании наноструктур. Темплатный метод синтеза, в силу своей специфики, часто является одним из самых эффективных и предсказуемых, приводящих к получению наноструктурированных материалов с высокой воспроизводимостью и высокими целевыми выходами продуктов. Соответственно, новые подходы в технологии наноматериалов, включая процессы самосборки и самоорганизации, могут быть найдены и реализованы, если удастся изучить:

- механизмы формирования наноматериалов в результате консервативной и диссипативной самоорганизации [5, 118, 119];

- особенности темплатного синтеза одно-, двух- и трехмерных наноматериалов с функциональными и полифункциональными свойствами [20, 33, 120, 121];

- синергизм физико-химических воздействий как путь к созданию новых поколений наноматериалов [122];

- процессы формирования объемных и планар-ных наноструктурированных материалов в результате интенсивной пластической деформации металлов и сплавов, спинодального распада твердых растворов и кристаллизации аморфных фаз [101, 123];

- закономерности формирования пространственно-упорядоченных массивов наночастиц с использованием нанореакторов различной природы и размерности [124, 125];

- физико-химические методы создания искусственных наноструктур в пространственно-ограниченных коллоидных системах, основанные на опыте функционирования живых систем [119, 126];

- механизмы поверхностной функционализации нульмерных (квантовые точки), одномерных (нано-трубки) материалов и монослоевых дисперсий [83, 127-129];

- возможности формирования наносистем, нано-композитов и наноустройств на основе краун-эфиров, криптандов, порфиринов, фталоцианинов [130, 131];

- создание «умных» наноматериалов, способных реагировать на магнитные, оптические, термические, химические и механические воздействия [29, 132, 133];

- перспективы использования координационных соединений как прекурсоров наноструктурированных материалов с различной размерностью [83, 134, 135];

- механизмы кластерообразования в жидких, твердых и парообразных системах [136-138];

- возможности использования сверхкритических сред для создания уникальных наноструктур и наноматериалов [135];

- механизмы сборки индивидуальных наночастиц в планарные и объемные наноматериалы, включая коллоидные и фотонные кристаллы [83];

- лазерные воздействия как путь к созданию новых наноструктур и наноматериалов [139, 140];

- объединенные процессы синтеза и сборки на-ночастиц в объемные или планарные макроскопические структуры [27, 141];

- методы сканирующей зондовой микроскопии для сборки сложных наноструктур на основе графе-на, фуллерена, металлических кластеров, полупроводниковых нанокристаллов [27, 142];

- перспективы развития белковой инженерии в создании трехмерных наноматериалов, сочетающих биологические и небиологические функциональные фрагменты [27, 143];

- процессы поверхностной адсорбции как эффективного средства воздействия на оптические свойства нанокристаллических материалов [26] ;

- возможности диверсификации структуры и свойств нанодисперсных функциональных материалов благодаря использованию плазмохимических и гидротермических процессов [144, 145];

- перспективы развития «мягкой» нанотехноло-гии, основанной на использовании умных полимеров как наноразмерных актюаторов, использующих энергию химических превращений для механических деформаций [146-149];

- процессы планарной / трехмерной микропечати интегрированных устройств (солнечных элементов, гибких дисплеев, радиочастотных меток, сенсоров и пр.) [150-152];

- процессы создания термически стабильных аэрогелей и аэрогелей со специальными функциональными свойствами [153];

- особенности получения наноматериалов для химических источников тока, топливных элементов, газовых и биологических сенсоров с «молекулярным распознаванием» [154, 155];

- способы получения эффективных катализаторов фотолиза воды для водородной энергетики и фотодеградации промышленных отходов в экологии [156, 157];

- способы осаждения функционализирующих слоев на поверхность керамических и металлических микрофильтров и пен для создания мезопористых фильтрующих мембран для химической технологии, экологии и медицины [158];

- эффективные способы изготовления энергонезависимых устройств долговременного хранения информации сверхвысокой емкости [159];

- процессы создания новых материалов с высокой диэлектрической проницаемостью на основе сверхтонких (~3-5 нм) слоев оксидов металлов для наноэлектроники [160].

На рис. 7 показаны различные морфологические производные (наноматериалы) на основе диоксида титана (раздел II). Диоксид титана, полученный с использованием сферических микрочастиц, подвергнутых гидротермальной обработке (рис. 7, а), демонстрирует пример микронанокомпозита, в котором во внутренних радиальных порах исходной микрочастицы образовались нанотрубки диоксида титана. Нанотрубки ТЮ2 на рис. 7, Ь, с, несмотря на внешнее сходство, имеют совершенно различную предысторию получения. Первые из них - продукт анодирования титана с образованием пористой пленки на его поверхности, состоящей из цилиндрических образований (рис. 7, й), геометрические размеры которых определяются условиями синтеза, а близость геометрических размеров является результатом самоорганизации, протекающей в результате конкуренции многих процессов и явлений при анодировании. Нанотрубки на рис. 7, с - продукт «сворачивания» слоистого прекурсора (одной из форм титановых кислот) в условиях гидротермального синтеза, что является общим проявлением общего принципа пониженной стабильности плоских (слоистых) (нано)систем, стремящихся уменьшить энергию краевых «ненасыщенных» атомов за счет замыкания плоскости, например, в нанотрубки. На рис. 7, е, /изображен аэрогель - продукт сверхкритической сушки гелей титановых кислот. Фактически за счет выбора весьма специфических условий синтеза выше критической точки растворителя (или его замены в этих условиях) удается во многом сохранить трехмерную структуру неорганического каркаса исходного геля после удаления из него молекул растворителя. Полученные уникальные материалы являются высокопористыми, ультралегкими, обладающими большой площадью поверхности. Фактически они получаются за счет топотактического физико-химического процесса, реализуемого в очень ограниченном диапазоне условий.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 6 (74) 2009

Рис. 7. Наноструктурированные образцы диоксида титана, полученные (а) гидротермальной обработкой; (b) анодным окислением титана; (с) нанокомпозит нанотрубок диоксида титана и нанокластеров металлической платины для каталитических применений; (d) нанотрубки диоксида титана, полученные методом анодирования; (e-f) аэрогели диоксида титана

Fig. 7. Nanostructured samples of titanium dioxide produced by (a) hydrothermal treatment; (b) anodic oxidation of titanium; (с) nanocomposite of titanium dioxide nanotubes and platinum metal nanoclusters for catalytic applications; (d) titanium dioxide

nanotubes grown by anodic treatment

d

а

b

e

c

aJ й

e m

49

c

Рис. 8. Диоксид олова - материал для сенсорных и электрохимических применений: (а) ленточные кристаллы; (b) «усы»; (с) наночастицы легированного сурьмой диоксида олова для создания стабильных суспензий - «чернил»

для микропечати электропроводящих структур Fig. 8. Tin dioxide: material for sensor and electrochemical applications: (a) ribbon crystals; (b) whiskers; (c) nanoparticles of antimony-doped tin dioxide for microprinting ink (stable suspensions for printing of conducting structures)

Диоксид олова для сенсорных и электрохимических применений (рис. 8) может быть получен с использованием своих специфических методов, в то же время являющихся вполне типичными и для других

систем и наноматериалов. Нитевидные кристаллы и ажурные ленточные наноструктуры диоксида олова получаются по механизму пар-жидкость-кристалл при диспропорционировании летучего моноксида олова в газовой фазе при высоких температурах, в то же время проводящие частицы SnO2, легированного оксидом сурьмы или индия, формируются при гидротермальной обработке соосажденных гидроксидов [161-163]. Пентаоксид ванадия (раздел II) является примером оксида, достаточно легко формирующего не только наноструктуры, но и гибридные материалы, в том числе и в гидротермальных условиях синтеза. В частности, нитевидные нанокристаллы на основе ванадиевых бронз (рис. 9, а) являются в той или иной степени производными от прекурсора -ксерогеля, сформированного упорядоченными ленточными образованиями на основе поливанадиевых кислот. Нанотрубки (рис. 7, b) - пример гибридного органо-неорганического наноматериала, для которого «наносвитки» формируются за счет связывания длинноцепочечного амина - темплата - кислотными протонами ванадий-оксидного слоя и свертывания подобного «сэндвича», средние межплоскостные расстояния в подобной структуре во многом определяются длиной алифатической цепи ПАВ.

b

Рис. 9. Наноструктурированные материалы на основе пентаоксида ванадия для каталитических и электрохимических применений, полученные гидротермальным методом: (а) вискеры; (b) многослойные наносвитки (нанотубулены) Fig. 9. Hydrothermally grown vanadium pentoxide-based nanos-tructured materials for catalytic and electrochemical applications: (a) whiskers; (b) multi-shell nano-scrolls (nanotubules)

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 6 (74) 2009

Рис. 10 показывает пример двухстадийного синтеза, использованного для получения поверхностно-декорированных нитевидных кристаллов сложного оксида марганца и бария с туннельной структурой [164-166]. На первой стадии такие кристаллы могут быть сформированы при изотермическом испарении хлоридных флюсов. Как установлено относительно недавно, данный тип манганитов при обработке в растворах окисляющих сильных минеральных кислот (например, азотной) подвергается химической и морфологической модификации, при которой он расщепляется на пучок нановискеров, а также путем удаления части бария и диспропорционирования части Мп(Ш) приобретает свойства одномерного протонного проводника. При этом процессы взаимодействия азотной кислоты с нитевидными кристаллами и наличие Мп(11) в растворе приводят к формированию на поверхности таких модифицированных вискеров слоя нанокристаллов гидратированного диоксида марганца, в ряде случаев также способного иметь туннельную структуру, которая может задаваться за счет электролитного состава раствора из-за темплатирую-щего эффекта различных катионов при формировании кристаллической структуры диоксида марганца [167].

Мн> SOOOKX ЕНТ ■ 10 00 bv А • InL* nt MSUHSUS

I- WO- 5 mm fl Mi 22 Ott 2005

b

Рис. 10. Нитевидные кристаллы (а) и их наноструктурированные аналоги (b) манганита Ba6Mn24O48 с туннельной кристаллической структурой

для каталитических применений Fig. 10. Whiskers (а) and their nanostructured counterparts (b) tunnel-structured manganite Ba6Mn24O48 for catalytic applications

b

Рис. 11. Магнитные наночастицы гамма-оксида железа (III) в составе полых водорастворимых солевых микросфер (а) и нанокомпозит этих частиц после их связывания гуминовыми кислотами (b) Fig. 11. Gamma iron (III) oxide manganite particles in hollow water-soluble salt microspheres (a) and their nanocomposite after humic acid bonding (b)

Рис. 11 является результатом реализации новых процессов получения поверхностно-модифицированных нетоксичных магнитных наночастиц гамма-оксида железа (III). В работах [168-170] разработана методика и оптимизированы параметры синтеза магнитных наночастиц оксидов железа в водорастворимых соляных гранулах с использованием пиролиза аэрозолей, что позволило получить ферромагнитные и суперпарамагнитные частицы в диапазоне размеров 5-100 нм в виде водных суспензий, а также изучены физико-химические характеристики новых препаратов магнитных наночастиц y-Fe203, стабилизированных гуминовыми кислотами и образующих устойчивые в течение 10-100 часов суспензии. Следует также отметить, что использование нового типа органического «модификатора» для наночастиц в виде гуминовых веществ позволяет решить несколько проблем. Гуминовые кислоты (ГК) - полиэлек-

>Lir.

MISL5

51

а

тролиты природного происхождения с разветвленной молекулярной структурой и большим количеством координирующих ионы Fe3+ функциональных групп. Это позволяет внедряться в структуру одной или нескольким наночастицам, формируя распределенный ассоциат наночастиц, по размеру примерно соответствующий размеру исходного «клубка» гуми-новых кислот. Дополнительными преимуществами ГК является отсутствие явно выраженной цитоток-сичности для них в исходном состоянии, а также после образования нанокомпозита с магнитными наночастицами оксида железа, возможность варьирования размера «клубков» ГК, содержащих ассо-циаты магнитных наночастиц, за счет изменения молекулярной массы ГК, возможность легкой химической модификации ГК и, соответственно, магнитных нанокомпозитов за счет наличия разнообразных функциональных групп, присутствующих в ГК. Следует также отметить, что ГК являются дешевым веществом природного происхождения, что, очевидно, делает более целесообразным с прагматической точки зрения получение новых магнитоактивных препаратов на основе ГК и магнитных наночастиц оксида железа.

Одним из способов получения материалов с порами заданного размера и формы является темплат-ный синтез. Темплат, или шаблон, служит центром, вокруг которого организуются основные структурные единицы матрицы и формируется каркас. В качестве темплата могут быть использованы мицеллы, образованные органическими молекулами поверхностно-активных веществ (ПАВ) в растворах [171, 172]. Удаление темплата приводит к образованию полости такого же размера и формы, как органическая мицелла. Точность, с которой форма пор повторяет форму темплата, зависит от трех факторов: природы сил взаимодействия темплата и матрицы, в которую он заключен; способности матрицы повторить форму темплата; соотношения размеров темплата и «строительных блоков» матрицы. Так, оксидные ме-зопористые материалы получают путем гидролиза прекурсоров (органических, комплексных или неорганических соединений, содержащих целевые атомы металлов и неметаллов) в растворах, содержащих молекулы темплатов. В качестве темплатов для ме-зопористых структур с однородными по размерам порами используют надмолекулярные структуры -мицеллы, образованные органическими молекулами. Они образуются в растворах при взаимодействии между отдельными молекулами и между «строительными блоками» матрицы - олигомерными поли-гидроксокомплексами. Наиболее полно на настоящий момент изучен синтез мезопористого SiO2, впервые полученного в 1992 г. Темплаты можно условно разделить на две большие группы: ковалентно связанные и нековалентно связанные. К ковалентно связанным темплатам относят металлоорганические кремнийорганические соединения, содержащие объемные органические группы, например, октадецил-

триметоксисилан. Эти темплаты используют для синтеза мезопористого оксида кремния с функцио-нализированными стенками пор. К нековалентно связанным темплатам относятся органические молекулы, которые взаимодействуют с полигидроксо-комплексами и матрицей посредством электростатических и ван-дер-ваальсовских сил и водородных связей. В зависимости от природы молекул их подразделяют на следующие группы:

анионные, например, сульфокислоты (п-СпН^ОБОэН), фосфаты (п-СпИ^ОРОИ) и карбоновые кислоты (п-СпИ2п+1СООИ);

катионные, например, различные соли алкилам-мония (п-СиИ2„+1(СНз)зКХ, п-С.Да.+КСВДзКХ п-СиИ2„+1 (СНз)2-Ы-СтН2т-Ы-(СНз)зСиН2И+1 ) или алкил-пиридиния (п-СпИ2п+^(С2Н5)зБг);

неионные - первичные амины в щелочной или нейтральной среде, блоксополимеры, эфиры П-СпН2п+1(ОСН2СН2)8.

В работах [171, 172] полученная по описанной выше методике мезопористая матрица была использована для формирования в упорядоченной системе пор ферромагнитных нанонитей на основе различных фаз, включая гексаферриты, оксиды железа и металлическое железо (рис. 12). Подобный наноком-позит, как было показано, является перспективной средой для магнитной записи информации сверхвысокой плотности. В случае получения пористого оксида алюминия путем анодирования формируется система вертикальных упорядоченных пор варьируемого диаметра, причем за счет выбора условий электрохимического осаждения после стадии получения пористой оксидной пленки становится возможным не только получение массива ферромагнитных нитей (рис. 13, а), но и наноструктурированных металлических наностержней с ФМ-АФМ сопряжением (рис. 13, b), что является не только яркой демонстрацией возможностей метода, но и примером целенаправленного создания нового типа уникального материала. На рис. 14, напротив, показан пример использования совершенно классической керамической технологии для создания микропористого (макропористого) костного имплантанта, биосовместимость которого повышена за счет использования на-ночастиц гидроксилапатита, обладающего размером частиц и форм-фактором, близкими к природным частицам ГАП, входящим в состав костей человеческого организма. В данном случае фактически выполняется принцип целенаправленного, многоуровневого создания иерархической структуры искусственного биоматериала, мимикрирующего природный, начиная с дизайна исходных элементов керамической структуры - нанопластин ГАП требуемой микроморфологии и химическим составом, формирования пористой структуры для пролиферации остеобластов путем использования полимерного тем-плата, а также контроля керамической структуры и механических свойств материала в целом путем спекания.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 6 (74) 2009

/ >

100 nm

b

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 12. Магнитные нанокомпозиты: (а) нанонити железа в мезопори-стой структуре диоксида кремния, полученного с использованием жидкокристаллических матриц; (b) однодоменные нанокристаллы гексаферрита стронция в стеклообразной матрице Fig. 12. Magnetic nanocomposites: (a) iron nanowhiskers in silicon dioxide meso-porous structure grown using liquid-crystal matrices; (b) single-domain strontium hexaferrite nanocrystals in glass-like matrix

a

Рис. 13. Магнитная нанопроволока (а) никеля, полученная электрохимическим осаждением металла в пористую структуру анодированного алюминия и растворения матрицы в щелочи; (b) сэндвичевая одномерная структура с ФМ-АФМ

сопряжением, полученная аналогично Fig. 13. Nickel magnetic nanowire (a) grown by electrochemical deposition of metal into porous anodized aluminum structure and matrix dilution in base; (b) one-dimensional FM-AFM sandwich structure grown using the same process

Рис. 14. Биокерамика на основе наночастиц гидроксилаппатита: (а) пористая керамика для имплантации; (b) наночастицы ГАП Fig. 14. Bioceramics on the basis of hydroxyl apatite nanoparticles: (a) porous ceramics for implants; (b) hydroxyl apatite nanoparticles

JJ.

e m

53

V. Создание новых типов наноматериалов

Разработка новых типов материалов является прямым индикатором эффективности фундаментальных исследований в области создания принципиальных основ новых технологий их получения и проводится практико-целевым образом. Последнее означает выбор наиболее адекватных методов получения и соответствующего технологического регламента в зависимости от требуемых параметров конечного продукта. Очевидно, что фундаментальное понимание процессов, лежащих в основе современных и будущих методов получения наноматериалов, является важнейшим условием появления их новых типов. При получении наноматериалов существуют две основные причины, определяющие целесообразность проведения синтеза вообще. Первая из них связана с ожиданиями того, что использование более дорогостоящих и трудоемких в получении и хранении наноматериалов вместо «обычных» приведет к существенному улучшению существующих или к появлению новых, уникальных свойств, оправдывающих дополнительные затраты на реализацию «нанотехнологического подхода». Вторая причина связана непосредственно с необходимостью многопараметрической миниатюризации устройств, использующихся в быту и технике, уменьшения их энергоемкости и энергопотребления, увеличения эффективности использования. Миниатюризация, особенно в медицине, наноэлектронике, экологии и пр., может являться ключевым моментом, приводящим к самой возможности создания новых поколений материалов и устройств. Можно считать, что создание новых типов наноматериалов включает в качестве первоочередных решение следующих задач:

- структурный дизайн наноматериалов [173];

- создание новых полифункциональных нанома-териалов с кросскорреляцией магнитных, электрических и оптических свойств [29];

- поиски новых материалов с контролируемой запрещенной фотонной полосой [27, 174];

- разработка фундаментальных основ создания новых поколений термоэлектрических и магнитока-лорических материалов на основе «наноблочных» и «наноклеточных» структур и супрамолекулярных соединений [175-177];

- изучение механизмов образования магнитных наноструктурированных материалов из стеклообразных прекурсоров [178];

- создание тонкопленочных пьезоэлектрических покрытий и гетероструктур для преобразования механической энергии в электрическую [27, 29];

- создание наноструктурированных покрытий с максимальным светопоглощением для прямого преобразования света в тепло [27] или обладающих фотоэлектрическим эффектом [179];

- разработка фундаментальных основ создания наноструктур с большим сенсорным сигналом, чувствительностью и селективностью [29];

- изучение механизмов формирования наноком-позитов, устойчивых в экстремальных условиях эксплуатации (авиация, космос, атомные реакторы) [123, 180];

- создание термо- и коррозийностойких нанопо-крытий [181, 182];

- создание мезопористых гибридных материалов с высокой аккумулирующей способностью энергоносителей (водород, метан и т.д.) [183-185];

- разработка высокоселективных мембранных на-номатериалов для фильтрации воды и использования в добывающей и нефтехимической отраслях [186];

- создание новых наноматериалов, инспирован-ных живыми системами [187-190];

- создание дендримерных наноструктур, обладающих биоподобием [27, 123];

- создание наноматериалов с фрактальной структурой [191, 192];

- создание объемных биоматериалов путем сборки молекул нуклеиновых кислот [143];

- создание биоинспирируемых супергидрофобных нанопокрытий как средства улучшения функциональных свойств текстильных, полимерных, строительных материалов и стекла [34, 101, 193];

- разработка принципов инженерии заменителей костных тканей и кожных покровов, основанной на создании новых типов гибридных наноматериалов [194-196];

- разработка фундаментальных основ создания нанокомпозитов на основе термопластичных полимеров [197];

- поиск новых полимерных материалов для нано-печатной литографии [198];

- разработка процессов крейзинга полимеров в жидких средах как путь создания новых типов углеродных наноматериалов и нанокомпозитов [199];

- разработка металлокомплексных наноразмер-ных катализаторов, предназначенных для создания перспективных полимерных материалов и для тонкого органического синтеза [200];

- создание высокоэффективных нанопористых сорбентов экологически вредных веществ (тяжелые металлы, радионуклиды), поиски новых поколений наноматериалов, предназначенных для решения проблем «экологической безопасности» [27, 123, 177];

- создание наноматериалов для генерации, преобразования, обработки электромагнитного излучения терагерцового диапазона [201];

- поиск новых наноматериалов для белых свето-излучающих диодов высокой яркости и эффективности [179, 202];

- разработка материалов на основе наноструктур, поглощающих электромагнитное излучение в широком интервале частот [203];

- создание метаматериалов на основе нанокомпо-зитов для оптоэлектроники, сенсорной техники, маг-

нитной томографии, микроскопии сверхвысокого разрешения [204, 205];

- разработка новых подходов по созданию наноматериалов спинтроники [206, 207];

- поиски новых наноматериалов для альтернативных источников энергии, включая гибкие солнечные батареи; портативные топливные элементы, аккумуляторы водорода, электрохимические источники тока, термоэлектрические источники тока, суперконденсаторы [184, 208-210];

- разработка наноматериалов для устройств памяти, переключателей, записи информации, детекторов, дисплеев, фильтров (оптических, мультиплицирующих, голографических), изоляторов, молекулярных устройств и микромашин [211, 212];

- создание хемосенсорных наноматериалов и микронаночипов для устройств неинвазивного контроля состояния человека [213, 214];

- разработка конструкционных и жаропрочных сплавов, упрочненных нанообъектами [207];

- исследование возможностей создания новых многофункциональных нанокомпозитов и гибридных органо-неорганических материалов [208, 215];

- создание разноразмерных нанокомпозитов со свойствами мультиферроиков, включая магнитоэлектрические материалы [121, 216].

Примеры новых материалов и принципы их получения более подробно обсуждаются в разделах 11-1У.

VI. Моделирование наноматериалов и процессов их формирования

С фундаментальной, практической и методологической точек зрения [103] моделирование является важнейшей стадией и в то же время важнейшей независимой составляющей исследований в области наносистем, наноматериалов и нанотехнологий, подтверждающей или опровергающей существующие интерпретации полученных экспериментальных данных, а также в ряде случаев обладающей уникальными прогностическими возможностями, существенно сокращающими и упрощающими процесс разработки и внедрения новых наноматериалов. Адекватное моделирование объектов и процессов нано-технологий [217-220] включает в себя глубоко фундаментальные знания, в том числе «из первых принципов», надежные базы данных справочных величин, концептуальные теории структуры (строения) и поведения сложных систем, а также перспективные алгоритмы разработки и реализации программного кода. Последнее является чрезвычайно трудоемким процессом, призванным обрабатывать, часто в режиме реального времени, огромные массивы данных с использованием эвристических и других численных алгоритмов, дополняющих математическое моделирование ключевых явлений и объектов. Кроме того, этот процесс является комплексным, многомасштабным моделированием, объединяющим во-

едино различные по своей сути алгоритмы описания поведения системы на различных иерархических уровнях - от нано- и мезо- до макроуровня, что только и может дать выход на прогностическое описание ожидаемых функциональных характеристик всей системы (наноматериала) в целом. Очевидно, что моделирование наноматериалов, процессов их получения, предсказания свойств и поведения в требуемых условиях эксплуатации возможно при использовании лишь мощных вычислительных комплексов, в том числе суперЭВМ с параллельными алгоритмами вычислений. К важнейшим направлениям моделирования наноматериалов и процессов их формирования можно, соответственно, отнести:

- моделирование процессов формирования различных типов наноструктур и наноматериалов в квазиравновесных и сильно неравновесных условиях [221];

- дизайн и математическое моделирование нано-структурированных конструкционных материалов с рекордными механическими параметрами, в том числе с использованием суперкомпьютеров [222];

- моделирование процессов самовосстановления металлических, керамических и полимерных материалов, осуществляемого путем наноструктурирова-ния последних [223];

- моделирование ab initio процессов деформации и разрушения конструкционных наноструктуриро-ванных полимерных материалов, металлов и сплавов [224, 225];

- компьютерное моделирование процессов спи-нодального распада в металлических, керамических и полимерных системах [226];

- моделирование процессов формирования дислокационных структур в объемных и планарных материалах [227];

- математическое моделирование процессов самоорганизации в наносистемах и наноматериалах [228];

- математическое моделирование транспортных явлений в наноструктурированных материалах [229];

- развитие методов физического моделирования для выявления возможностей создания принципиально новых наноматериалов [27];

- молекулярное моделирование наносистем на основе эмпирических (106 атомов), полуэмпирических (106 атомов), ab initio (>100 атомов) методов и теории функционала плотности (>100 атомов) [27];

- моделирование процессов формирования нанок-ластеров в аморфных и стеклообразных системах [140];

- компьютерное моделирование эволюции фрактальных наноструктур в золь-гель процессах [191];

- моделирование процессов формирования углеродных наночастиц и нанотрубок [230];

- развитие методов комбинаторной химии в применении к разработке новых наноматериалов [231];

- моделирование диаграмм фазового состояния нанодисперсных веществ [232];

3

Ж

•и: -

55

- моделирование социальных аспектов развития и экологических рисков от внедрения нанотехноло-гий [233, 234];

- развитие грид-технологии в наноиндустрии [235];

- моделирование элементарных операций с квантовыми битами (кубитами) [236];

- математическое моделирование функциональных свойств наноматериалов [237-240];

- молекулярное моделирование белков, биомолекул и наноматериалов, компьютерное моделирование взаимодействия наноматериалов с клеточной мембраной, клеточными компартаментами, биомолекулами и белками [241, 242].

Компания «Т-Платформы», ведущий российский разработчик решений для высокопроизводительных вычислений и один из создателей суперкомпьютера для МГУ им. М.В. Ломоносова, в 2008 г. провела исследование необходимости использования компьютерного моделирования и высокопроизводительных расчетов для изучения объектов наноуровня и разработок в области нанотехнологий, в котором принимали участие сотрудники факультета наук о материалах МГУ. Согласно данным опроса, наибольшее число респондентов (студентов, аспирантов и молодых ученых) считает, что использование высокопроизводительных вычислений может быть полезным в ходе исследований объектов наноуровня для получения фундаментальных знаний о структуре и наблюдающихся явлениях (25% опрошенных), для сокращения продолжительности практических разработок (16%), для получения еще не существующих перспективных наноматериалов и устройств (9%), для построения виртуальных моделей в реальном времени (16%). В то же время около трети опрошенных (31%) с осторожностью относятся к использованию супервычислителей в нанотехнологиях, считая, что этот подход не является более полезным, чем использование обычных компьютеров. Почти половина (49%) опрошенных не применяет методы ком-

пьютерного моделирования, а те, кто их использует, нацеливают свои усилия на решение проблем нано-химии (11% опрошенных), физики наносистем (14%), наноэлектроники и наноинженерии (13%), на разработку новых материалов (6%) и развитие нано-биотехнологий (3%). Очевидно, что использование супервычислительных систем в России для изучения наносистем, наноматериалов, нанотехнологий и на-нобиотехнологий находится пока лишь на начальной стадии развития.

Поскольку суперЭВМ доступны далеко не каждому научному коллективу, для повышения эффективности их использования в последнее время в России предпринимаются попытки обеспечить удаленный доступ к ним или, в более общем плане, имеет место развитие грид-систем. Примером реализации эффективного доступа по сети Интернет к современному научному оборудованию является использование сканирующих зондовых микроскопов [243], что позволяет не только получать и обрабатывать экспериментальные данные, но и служит прямой возможностью реализации одного из важнейших практических элементов нанотехнологического образования.

Продолжающаяся миниатюризация привела к переходу полупроводниковой промышленности на на-ноуровень. Квантовые и когерентные эффекты, сильные электрические поля, которые вызывают лавинные пробои, проблема отвода тепла от плотно упакованных структур и влияние точечных дефектов - все это серьезные преграды на пути миниатюризации. Понимание механизма транспорта в наномас-штабе и возможность надежного предсказания поведения наноустройств требуют принципиально новых методов моделирования, поскольку стоимость чипов от поколения к поколению растет и любая ошибка, особенно на стадии проектирования, стоит очень дорого. Не менее дорого могут стоить ошибки, связанные с недооценкой риска взаимодействия нано-объектов с биологическими структурами (рис. 15).

Рис. 15. Моделирование взаимодействия нанообъектов с биологическими объектами, требующее использования высокопроизводительных вычислений на суперкомпьютере Fig. 15. Simulations of interaction between nano-objects and biological objects, which require high-performance computing on supercomputers

Отличие наночастиц и многих других нанообъек-тов от объектов микромира состоит в том, что нано-объекты могут быть не распознаны иммунной системой человека, они могут легко проникать в организм и распространяться по нему не только по кровеносной системе. Они могут легко преодолевать гемато-энцефалический и плацентарный барьеры, следствием чего может являться накопление наночастиц в клетках различных органов. В данной ситуации ключевым является моделирование процессов проникновения нанообъектов через клеточную мембрану [244] (рис. 15), которое предпринимается в ряде групп России и за рубежом. Проводятся также успешные попытки предсказания необходимого состава, структуры и стратегии синтеза фармацевтических препаратов, содержащих нанообъекты.

VII. Разработка методов анализа наносистем и наноматериалов

Роль методов анализа наносистем и наноматериа-лов [245-252] трудно переоценить. Исторически разработка все более совершенных методов анализа, особенно методов визуализации (рис. 16-19), таких как сканирующая зондовая и просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения, инициировала само возникновение интереса к наноси-стемам, наноматериалам и нанотехнологиям. С точки зрения практического применения продуктов нано-технологий надежное подтверждение результатов является основанием для таких юридических процедур, как аттестация и сертификация «нанопродук-тов», их лицензирование и т.д. Очевидно, что разработка новых и использование существующих аналитических методов и методик анализа наноматериалов тесно сопряжены с успехами в моделировании поведения наносистем и материалов, что наиболее ярко проявляется при разработке современного программного обеспечения, без которого невозможно функционирование ни одной аналитической методики.

Рис. 17. Игла атомно-силового микроскопа Fig. 17. Needle of an atomic force microscope

in

Рис. 18. Нанолитография с использованием СЗМ-комплекса Fig. 18. SPM-assisted nanolithography

Рис. 16. Исследование кристалла лизоцима с помощью СЗМ Fig. 16. Scanning probe microscopy of lysozyme crystal

Рис. 19. Просвечивающая электронная микроскопия углеродных нанотрубок, заполненных нанокристаллами (а) и в защитной аморфной оболочке (b) Fig. 19. Transmission electron microscopy of carbon nanotubes filled with nano-crystals (а) and in protective amorphous coating (b)

а

JJSl

W

57

При использовании аналитических методов в повседневной научно-исследовательской практике становится возможным не только получение текущей экспериментальной информации, но и научное планирование и эффективная реализация серий экспериментов. К особенностям наносистем относится также то, что их анализ во многих случаях проводится на пределе разрешающей способности как конкретных аналитических комплексов, так и метода, который лежит в основе их функционирования. В связи с этим анализ наноматериалов требует всегда применения комплекса взаимодополняющих методик анализа и их грамотной интерпретации. С другой стороны, в случае наноматериалов чрезвычайно важной является разработка методологических подходов, связанных с развитием метрологии и стандартизации. В целом к важнейшим направлениям этой области следует отнести:

- разработку методик визуализации наносистем и оперирования нанообъектами, создание микро- и наноэлектромеханических устройств [217];

- развитие методов диагностики наноматериалов (электронная, сканирующая зондовая и ближнепольная микроскопия, оптическая спектроскопия, мессбауэров-ская спектроскопия, радиоспектроскопия, 8риШ-магнетометрия, анализ поверхностных явлений и определение площади поверхности и пр.) [245-251];

- разработку методик стандартизации наносистем и наноматериалов [252];

- исследование геологических сред и объектов, наночастиц в осадочных породах, создание геохимических барьеров для управления состоянием окружающей среды [253];

- разработку физико-химических методов исследования, диагностики, метрологии и сертификации качества наноматериалов и наносистем [252];

- развитие современных методов диагностики наноструктур и наноматериалов с использованием синхротронного излучения (фотоэлектронная спектроскопия, малоугловое рассеяние, ХАР8-спектро-скопия, резонансная фотоэмиссия и др.) [254];

- получение и применение наночастиц для диагностики и визуализации опухолей и других патологических образований [255];

- изучение взаимодействия наноматериалов с биомолекулами и клеточными структурами, влияния на активность ферментов, перекисное окисление ли-пидов [256];

- изучение биодеструкции наноматериалов в различных средах [257];

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

- разработку методов отбора проб для целей идентификации и количественного определения на-номатериалов и разработку методов выделения на-номатериалов из объектов окружающей среды, пищевых продуктов, упаковочных материалов, парфюмерно-косметической продукции, биологических сред [258];

- развитие фото-, электро-, рентгенолитографиче-ских способов формирования гетероструктур [259];

- разработку методов СЗМ-литографии с пределом разрешения лучше 10 нм [83].

В последнее время все большее значение приобретают инструментальные методы in situ исследования процессов формирования наноматериалов. Так, в работах [260-262] методами синхротронного излучения и малоугловой дифракции поляризованных нейтронов исследованы процессы образования пористой оксидной пленки анодированного алюминия, а также темплатированных мезопористых образцов диоксида кремния с упорядоченной системой ферромагнитных нитей, находящихся в порах. Большое значение имеют спектральные методы анализа, в частности, спектроскопия комбинационного рассеяния, активно используемая для анализа углеродных и неуглеродных нанотрубок (рис. 19), сверхрешеток квантовых точек [263-265]. В ряде случаев метод динамического светорассеяния и измерение дзета-потенциала позволил проследить эволюцию коллоидных систем [168-170], а мессбауэровская спектроскопия оказалась особенно эффективна в анализе изменения свойств и предполагаемой магнитной структуры на-ночастиц [266-269]. Визуализация эволюции магнитных структур в нанокомпозитах [269, 270] и процессов переноса заряда [271-273] позволяют разработать реалистичные модели коллективного поведения на-носистем и структурных элементов нанокомпозитов, что может существенно повысить перспективы их дальнейшего практического использования. Совершенствование технологий сканирующей (рис. 16-17) и просвечивающей электронной микроскопии (рис. 19) дает возможность наблюдать динамическое поведение объектов в поле электронного микроскопа, а при совмещении электронной и сканирующей зондо-вой микроскопии становится возможным манипулировать нанообъектами, проводить СЗМ-литографию (рис. 17-18) и наноиндентирование [274, 275].

Только имея полную информацию о структуре материала, можно предсказывать его свойства. Поэтому эти сведения очень важны при создании новых и использовании уже существующих материалов. Для обычных материалов есть множество методов определения их структуры и свойств. Однако для наноструктурированных материалов эти методы не дают возможность определения атомного порядка с высокой точностью («наноструктурная проблема») [276] и, соответственно, структурно-чувствительных характеристик материала и классических корреляций «состав - структура - свойства». Решение этих вопросов, связанных как с существующими проблемами невоспроизводимости свойств наноматериалов, так и с трудностями их сертификации, может быть связано с развитием нанометрологии, что становится особенно важно в последнее время из-за бурного развития фронта нанотехнологических исследований и их внедрения в промышленные разработки [277].

VIII. Заключение

Указанные выше направления фундаментальных исследований в области наноматериалов призваны в конечном счете привести к созданию новых поколений нанотехнологий, необходимых обществу в более или менее отдаленной перспективе [27]. Последнее тесно связано с развитием нанотехнологического форсайта (foresight - предвидение), ведущего начало с создания Э.Дрекслером и К.Петерсон Форсайт-института, преобразованного три года назад в Институт нанотехнологического форсайта. Деятельность этого института направлена на поиск таких путей развития нанотехнологий и наноматериалов, которые должны способствовать решению следующих глобальных проблем:

- создание новых экологически чистых источников энергии;

- улучшение здоровья и увеличение продолжительности жизни человека;

- максимальное увеличение продуктивности сельскохозяйственного производства;

- обеспечение потребностей человека в чистой воде и воздухе;

- прогресс в освоении космоса;

- разработка и массовое применение новых информационных технологий.

Деятельность, связанная с развитием форсайта, развернулась в последние годы и в нашей стране. Достаточно назвать научно-технологический прогноз развития России на долгосрочную (до 2030 г.) перспективу, создаваемый в настоящее время РАН. Вместе с тем опыт прошлого позволяет утверждать, что существует очень немного примеров удачного прогноза технологического развития, нередко ошибочными являются краткосрочные прогнозы, не говоря уже о долгосрочных, и, наконец, иногда справедливыми оказываются самые фантастическое прогнозы. Все эти соображения еще в большей степени касаются прогнозов будущего долгосрочного развития нанотехнологий, поскольку последние, как уже отмечалось, характеризуются чрезвычайно высокой наукоемкостью и междисциплинарностью.

Тем не менее, можно утверждать, что если удастся реализовать программу фундаментальных и ориентированных фундаментальных исследований в области наноматериалов, обозначенную выше, то к 2030 г., а возможно и раньше, удастся

- разработать высокоэффективные альтернативные источники энергии, включая солнечные батареи, водородные двигатели, и благодаря этому снизить существенно (вдвое-втрое) потребление нефти и газа;

- создать двигатели внутреннего сгорания с КПД, превышающим 70%, благодаря использованию высокотемпературных композитов на основе боридов и карбидов циркония, гафния и тантала;

- существенно (в 2-3 раза) повысить продолжительность эксплуатации атомных станций путем улучшения качества материалов, используемых для

постройки ядерных реакторов и для иммобилизации ядерных отходов;

- создать системы генерации, аккумулирования и транспортировки энергии (включая термояд), ключевым элементом которых должны стать нанострукту-рированные материалы на основе высокотемпературных сверхпроводников;

- создать достаточно дешевые биодеградируемые полимеры массового назначения;

- создать эффективные системы экономии бытовой энергии.

Все это, вместе взятое, позволит почти вдвое снизить газовую эмиссию и отодвинуть угрозу глобального потепления на планете.

Улучшение качества и продолжительности жизни в пределах, близких к биологическим, будет достигнуто, если удастся

- разработать и внедрить кардиостимуляторы с несменяемыми на протяжении всей жизни пациента автономными источниками энергии;

- создать биосовместимые и биорезорбируемые имплантаты, не уступающие по своим свойствам природной костной ткани;

- разработать и внедрить высокоэффективные методы доставки лекарств к органам, пораженным раковыми болезнями, с использованием магнитных наночастиц и квантовых точек;

- создать многофункциональные наноматериалы, предназначенные для эффективной медицинской диагностики;

- разработать и внедрить биосенсоры на основе т. н. «умных» материалов с нелинейными магнитными, оптическими и электрическими параметрами.

Существенное увеличение продуктивности сельскохозяйственного производства станет возможным благодаря

- разработке массового производства неорганических удобрений и микроудобрений пролонгированного действия на основе использования биоде-градируемых полимерных контейнеров;

- разработке эффективных средств обессоливания и структурирования почв, благодаря широкому применению мембранных технологий;

- созданию новых поколений пестицидов - инсектицидов, гербицидов и фунгицидов на основе гибридных наноматериалов.

Потребности человека в пресной воде и чистом воздухе даже в условиях стабилизации численности населения Земли будут удовлетворены, если удастся

- внедрить разрабатываемые в настоящее время фотокатализаторы на основе наноструктурирован-ных металлоксидов (например, ТЮ2, 2п0, Се02 и др.), позволяющие эффективно осуществлять процессы разложения органических примесей в воде и убивающие бактерии, а также обладающие эффектом сверхгидрофобности, используемым для самоочищения любых поверхностей (ткани, здания, автомобили и т.д.);

- широко использовать создаваемые сейчас катализаторы процессов окисления продуктов неполного сгорания топлива (в первую очередь СО) на основе мезопористых оксидных структур, содержащих на-нокластеры Pt и других каталитически активных на-нообъектов;

- внедрить мембранные технологии, основанные на использовании полимерных, керамических и металлических наноструктурированных мембран;

- полностью отказаться от традиционных тепловых электростанций в пользу атомных станций и (или) возобновляемых источников энергии (солнце, ветер, вода).

Существенный прогресс в освоении космоса также тесно связан с развитием нанотехнологий и наномате-риалов, активное использование которых позволит

- завершить создание полноценной и постоянно функционирующей системы ГЛОНАСС двойного назначения;

- создать глобальную систему спутников для получения информации о природных и техногенных явлениях, происходящих в различных точках земного шара с целью предсказания и предотвращения чрезвычайных ситуаций (землетрясения, пожары, тайфуны) и получения высокодостоверных метеопрогнозов;

- разработать высокоэффективные процессы получения водорода в интересах аэрокосмической отрасли РФ;

- создать управляемые мини-роботами космические корабли весом, не превышающим несколько кг, для изучения и освоения Солнечной системы.

Разработка и массовое применение новых информационных технологий требует создания

- новых поколений полупроводниковых устройств, основанных на конвергенции кремниевых и химически сложных наноструктурированных полупроводников (типа GaAs) и применении новых барьерных материалов на основе гетеронаноструктур, включающих HfO2, TiN и NiSi2;

- ярких светоизлучающих при длине волны ~200 нм устройств на основе широкозонных полупроводников типа й-BN;

- прозрачных тонкопленочных транзисторов для оптоэлектроники на основе металлоксидов;

- нелинейно-оптических устройств для преобразования световых частот на основе ниобатов и танта-латов лития;

- оптических систем на основе фотонных и коллоидных кристаллов с периодическим распределением квантовых точек;

- систем магнитной записи с памятью, превышающей 10 Тб/дм2, с использованием наногранули-рованных магнитных композитов и мультиферрои-ков, а также не содержащих диспрозия анизотропных магнитных материалов с рекордно высокой магнитной энергией;

- полевых транзисторов на основе одностенных углеродных нанотрубок;

- наноэлектромеханических систем, обладающих исключительно низким энергопотреблением, сверхвысокой чувствительностью и предназначенных для развития электроники и сенсорики.

Данные области коррелируют с «критическими технологиями» развития Российской Федерации и, по всей видимости, должны учитываться при проведении фундаментальных исследований в области наносистем, наноматериалов и нанотехнологий.

Благодарности

Авторы благодарны В.М. Иевлеву за полезную дискуссию, А.В. Лукашину, А.А. Елисееву, А.Н. Баранову, В.И. Путляеву, Д.М. Иткису за предоставленные материалы.

Список литературы

1. Taniguchi N. On the basic concept of nano-technology // Proc. Int. conf. Prog. Eng. Part 2. Tokyo: Jap. Soc. Pres. Eng, 1974.

2. Русанов А.И. // Журн. общ. химии. 72, 532 (2002).

3. The Best of Colloid Science (Eds D.Platikanov, D.Exerova). Wiley-VCH, Weinheim, 2009.

4. Feynmann R.P. Miniaturization. New York, Reinhold, 1961.

5. Третьяков Ю. Д. // Успехи химии. 2003. 72. С. 731.

6. Whitesides G.M. // Small. 2005. 1. P. 172.

7. Шевченко В.Я., Шудетов В.Е., Плате Н.А. В кн. «Белая книга по нанотехнологиям». М.: URSS, 2008. С. 28.

8. Легасов В. А., Олейников Н.Н., Третьяков Ю.Д. // ЖНХ, 31, 1637 (1986).

9. Олейников Н.Н., Гудилин Е.А., Третьяков Ю.Д. «Топохимическая память» в твердофазном синтезе / Российская наука: выстоять и возродиться, Международный научный фонд. Российский фонд фундаментальных исследований. М.: Наука. Физматлит, 1997. С. 167-176.

10. Tretyakov Yu.D., Oleynikov N.N., Goodilin E.A. // Zeitschrift für Metallkunde. 2001. Vol. 92, No. 2. P. 121-127.

11. Мелихов И.В. // Вестн. РАН. 2007. 77. С. 987.

12. Мелихов И. В. // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2007. № 1 (45). С. 20.

13. NSTC, 2003. National Nanotechnology Initiative: Supplement to the President's FY 2004 Budget. Washington, DC, Roco M.C., Williams R.S. and Elivisatos P. eds., 2000.

14. Yamaguchi Y., Komiyama H. Structuring knowledge project in nanotechnology materials program launched in Japan // Journal of Nanoparticle Research. 2001. Vol. 3, No. 2-3. P. 105-110.

15. Roco M.C. International strategy for nanotechnology research and development // J. Nanoparticle Research. 2001. 3 (5-6). P. 353-360.

16. Третьяков Ю.Д. // Вестн. РАН, 77, 3 (2007).

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 6 (74) 2009

17. Третьяков Ю. Д. // Вестн. РАН, 79, 3 (2009).

18. Whitesides G.M. // ACS Nano, 1, 73 (2007).

19. Гудилин Е.А., Третьяков Ю.Д. // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2008. № 1 (57). С. 9.

20. Vasquez Y., Henkes A.E., Chris Baner J., Schaak R.E. // J. Solid State Chem. 181, 1509 (2008).

21. Garnweitner G., Niederberger M. // J. Materials Chem. 18, 1171 (2007).

22. Mateo-Alonso A., Tagmatarchis N., Prato M. In Nanomaterials Handbook. (Ed.Yu.Gogotsi). Taylor and Francis, Boca Raton, 2006. P.29.

23. Дьячков П.Н. Углеродные нанотрубки. Строение, свойства, применения. М.: Изд-во Бином, 2006.

24. Покрипивный В.В., Ивановский А.Л. // Успехи химии, 77, 899 (2008).

25. Yan J., Zhou H.J., Yu P., Su L., Mao L.Q. // Adv.Mater., 20, 2899 (2008).

26. Hodes J. // Adv. Mater., 19, 639 (2007).

27. Productive nanosystems. A technology roadmap. Battelle Memorial Institute and Foresight Nanotech Institute. Eds. K. Eric Drexler, John Randall, Stephanie Corchnoy, Alex Kawczak, Michael L. Steve, 2007.

28. Maier J. // Solid State Jonics, 175, 7 (2004).

29. Wilson S.A., Jourdain R.P.J., Zhang Q., Dorey R.A., Bowen C.R., Willander M., Wahab Q.U., Al-hilli S.M., Nur O., Quandt E., Johansson Ch., Pagounis E., Kohl M., Matovic J., Samel B., Wijngaart W., Jager E.W.H., Carlsson D., Djinovic Z., Wegener M., Moldovan C., Iosub R., Abad E., Wendlandt M., Rusu C., Persson K. // Materials Science and Engineering, 56, 1 (2007).

30. Rao C.N., Cheetham A.K. In «Nanomaterials Handbook». (Ed. Y.Gogotsi). CRC Taylor and Francis Group, Boca Raton, 2006. P. 1.

31. Mai Q.S., Lu K. // Progress in Materials Sci., 52, 1175 (2007).

32. Zhong-Yong Yuan, Bao-Lian Su // J. Materials Chem., 16, 663 (2006).

33. Hua Chung Zeng // J. Materials Chem., 16, 649 (2006).

34. Бойнович Л.А., Емельяненко А.М. // Успехи химии, 77, 619 (2008).

35. Ovid'ko J.A. // J. Mater. Sci., 42, 1694 (2007).

36. Buehler M.J., Ackbarow T. // Materialstoday, 10, № 9 46 (2007).

37. Жабрев В.А., Лукьянов Г.Н., Марголин В.И., Рыбалко В.В., Тупик В.А. Введение в нанотехноло-гию. М.: Изд-во Москов. государств. ин-та электроники и математики, 2007. С. 13.

38. Moya J.S., Loper-Esterblan S., Pecharroman C. // Progress in Materials Sci., 52, 1017 (2007).

39. Jonathan N. Coleman, Umar Khan, Werner J. Blau and Yurii K. Gun'ko, Carbon, Volume 44, Issue 9, August 2006, P. 1624-1652.

40. Ushkov S.S., Rybin V.V., Razuvaeva I.N., Nesterova E.V., Gubina O.A. // Physics of metals and metallography. 1995. Vol. 79, No. 6. P. 690-695.

41. Presuel-Morano F., Jakab M.A., Tailleart N., Goldman M., Scully R. // Materials today, 11, № 10, 14 (2007).

42. Andreeva D.V., Schukin D.J. // Materials today, 11, № 10, 24 (2007).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

43. Kockrick E., Schrage Ch., Grigas A., Geiger D., Kaskel S. // J. Solid State Chemistry, 181, 1614 (2008).

44. Hvolback B., Janssens T.V.W., Clausen B.S., Falsig H., Christensen C.H., Norskov J.K. // Nanotoday, 2, № 4, 14 (2007).

45. Rupprechter G., Weilach Ch. // Nanotoday, 2, № 4, 20 (2007).

46. Besenbacher F., Lauritsen J., Wendt S. // Nanotoday, 2, № 4, 30 (2007).

47. Cao Y., Irwin P.C., Younsi K. // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2004. Vol. 11, Iss. 5. P. 797-807.

48. Баранов А.Н., Капитанова О.О., Панин Г.Н., Канг Т.В. // Журнал Неорганической химии. 2008, 53(9), 1464.

49. Baranov A.N., Sokolov P.S., Kurakevych O.O., Tafeenko V.A., Trots D., Solozhenko V.L. // High Pressure Research. 2008, 28(4), 483.

50. Panin G.N., Baranov A.N., Kapitanova O.O., Kang T.W. // Thin Solid Films. 2008, 517, 155.

51. Panin G.N., Baranov A.N., Kang T.W., Min S.K., Kim H.J. // Journal of the Korean Physical Society. 2007, 50(6), 1711.

52. Baranov A.N., Young-Jei Oh, Panin G.N., Kang T.W. // J. Electroceram. 2006, v.17(2), 36.

53. Solozhenko V.L., Baranov A.N., Turkevich V.Z. // Solid State Communications. 2006, 138, 534.

54. Соколов П.С., Баранов А.Н., Алиханян А.С., Никитин М.И., Доброхотова Ж.В. // Журнал неорганической химии. 2007, 52(12), 2080.

55. Ляпина О.А., Баранов А.Н., Панин Г.Н., Кнотько А.В., Кононенко О.В. // Неорганические материалы. 2008, 44(8), 958.

56. Kolen'ko Yu.V., Kovnir K.A., Gavrilov A.I., Garshev A.V., Frantti J., Lebedev O.I., Churagulov B.R., Van Tendeloo G., Yoshimura M. // J. Phys. Chem. B,

2006, 110, 4030.

57. Третьяков Ю.Д., Баранов А.Н., Кононенко О.В., Панин Г.Н., Соколов П.С., Ляпина О.А., Коваленко А.А., Капитанова О.О., Шестаков М.В. // Российские Нанотехнологии, 2008, 3(5-6), 33.

58. Соколов П.С., Баранов А.Н., Пинус И.Ю., Ярославцев А.Б. // Журнал неорганической химии.

2007, 52(7), 1105.

59. Burova L.I., Petukhov D.I., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D. // Superlattices and Microstructures. 2006, 39(1-4), 257.

60. Шапорев А.С., Иванов В.К., Баранчиков А.Е., Третьяков Ю.Д. // Журн. неорган. химии. 2006, 51(10), 1621.

61. Мескин П.Е., Гаврилов А.И., Максимов В.Д., Иванов В.К., Чурагулов Б.Р. // Журнал неорганической химии. 2007, 52(11), 1648-1656.

3

Ж

•и: -

61

62. Petukhov D.I., Eliseev A.A., Kolesnik I.V., Na-polskii K.S., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D., Grigoriev S.V., Grigorieva N.A., Eckerlebe H., 2008, 114(1-3), 440.

63. Харламова М.В., Колесник И.В., Шапорев А. С., Гаршев А.В., Вячеславов А.С., Елисеев А.А., Лука-шин А.В., Третьяков Ю.Д. // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2008. № 1 (57). С. 43.

64. Петухов Д.И., Колесник И.В., Елисеев А. А., Лу-кашин А. В., Третьяков Ю. Д. // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2007. № 1(45). С. 65-69.

65. Semenenko D.A., Goodilin E.A., Pomerantseva E.A., Veresov A.G., Tretyakov Yu.D. // Mendeleev Communications. 2007, 17, 255-257.

66. Семененко Д.А., Кулова Т.Л., Скундин А.М., Козлова М.Г., Померанцева Е.А., Григорьева А.В., Гу-дилин Е.А., Третьяков Ю.Д. // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2007. № 3(48). С. 83-87.

67. Grigorieva A.V., Tarasov A.B., Goodilin E.A., Badalyan S.M., Rumyantseva M.N., Gaskov A.M., Birkner A., Tretyakov Yu.D. // Mendeleev Commun. 2008, № 18, 6.

68. Grigorieva A.V., Goodilin E.A., Anikina A.V., Kolesnik I.V., Tretyakov Yu.D. // Mendeleev Commun. 2008, № 18, 71.

69. Demishev S.V., Chernobrovkin A.L., Goodilin E.A., Glushkov V.V., Grigorieva A.V., Samarin N.A., Sluchanko N.E., Semeno A.V., Tretyakov Yu.D. // Phys. stat. sol. 2008 (5), 221.

70. Григорьева А.В., Кулова Т.Л., Скундин А.М., Гудилин Е. А., Гаршев А. В. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2008. № 1 (57). С. 86.

71. Григорьева А.В., Тарасов А.Б., Ануфриева Т.А., Дерлюкова Л.Е., Вячеславов А.С., Гудилин Е.А. // Вестник МИТХТ. 2008, 3 (1), 59.

72. Григорьева А.В., Тарасов А.Б., Гудилин Е.А., Волков В.В., Третьяков Ю.Д. // Физика и химия стекла. 2007, 33(3), 232-236.

73. Кулова Т.Л., Скундин А.М., Балахонов С.В., Семененко Д.А., Померанцева Е.А., Вересов А.Г., Гудилин Е.А., Чурагулов Б.Р., Третьяков Ю.Д. // Защита металлов. 2008, 44 (1), 1.

74. Гудилин Е.А., Померанцева Е.А., Семененко Д.А., Кочергинская П.Б., Иткис Д.М., Кулова Т.Л., Скундин А.М., Леонова Л.С., Добровольский Ю.А., Румянцева М.Н., Гаськов А.М., Балахонов С.В., Чурагулов Б.Р., Третьяков Ю.Д. // Известия Академии наук. Серия химическая. 2008, № 5, 1023.

75. Zakharova G.S., Volkov V.L., Ivanovskaya V.V., Ivanovskii A.L. // Russian Chem. Rev., Volume 74 (2005), Number 7, P. 587-618.

76. Benxia Li, Yang Xu, Guoxin Rong, Meng Jing and Yi Xie // Nanotechnology 17 (2006) 2560-2566.

77. Blaaderen A.van // MRS Bulletin, 29, 85 (2004).

78. Гладышев Г.П. Супрамолекулярная термодинамика - ключ к осознанию явления жизни. Институт комплексных исследований, Москва-Ижевск, 2003.

79. Hasegawa H. // Progress in Materials, 52, 333 (2007).

80. Lehn J.M. // Chem.Soc.Rev., 36, 151 (2007).

81. Иванов В.К., Баранчиков А.Е., Ванецев А.С., Шапорев А.С., Полежаева О.С., Третьяков Ю.Д., Федоров П.П., Осико В.В. // Журнал неорганичепской химии. 2007, 52(9), 1413-1420.

82. Мелихов И.В. // Физико-химическая эволюция твердого вещества. М.: Изд-во Бином, 2006.

83. Fahleman B.D. // Materials Chemistry. Springer. Dord-recht, 2007 (Chapter 6, P. 275-356).

84. Третьяков Ю.Д. // Успехи химии, 72, 731 (2003).

85. Бойнович Л.Б. // Успехи химии, 76, 510 (2007).

86. Ivanova V.S., Balankin A.S., Bunin I.Z., Oksogoev A.A. Synergetics and Fractals in Materials Science. Moscow: Nauka, 1994.

87. Wei D.C., Liu Y.Q. // Adv.Mater., 20, 2815 (2008).

88. Mahltig B., Haufe H., Böttcher H. // J. Materials Chemistry, 15, 4385.

89. Чернышева М.В. Дисс. канд. хим. наук. М.: МГУ, 2008.

90. Lukashin A.V., Vertegel A.A., Eliseev A.A., Nikiforov M.P., Gornert P. and Tretyakov Yu.D. // Journal of Nanoparticle Research. 2003. Vol. 5, No. 5-6. P. 455-464.

91. Томашпольский Ю.А. // Журн.общ.химии, 72, 678 (2002).

92. Rotello V.M. // J. Mater. Chemistry, 18, 3739 (2008).

93. Valiev R.Z., Islamgaliev R.K. and Alexandrov I.V. // Progress in Materials Science. 2000. Vol. 45, Iss. 2. P. 103-189.

94. Wang X.H., Chen I.W. In «Nanomaterials Handbook» (Ed.Y.Gogotsi). Taylor and Francis Group, Boca Raton, 2006, P. 361.

95. Лякишев Н.П., Алымов М.И. Получение и физико-химические свойства объемных нанокристал-лических материалов. М.: Изд-во «Элоиз», 2007.

96. Рагуля А.В., Схороход В.В. Консолидированные наноструктурные материалы. Киев: Наукова думка. 2007.

97. Matthew A. Albrecht, Cameron W. Evans and Colin L. Raston // Green Chem., 2006, 8, 417-432.

98. Гуськова О.А., Халатур П.Г., Хохлов А.Р. // Российские нанотехнологии. 3, 105 (2008).

99. Cui S., Liu H., Gan L., Li Y., Zhu D. // Adv.Mater., 20, 2918 (2008).

100. Min Y., Akbulut M., Kristiansen K., Golan Y. // J. Israelachili. Nature Materials, 7, 527 (2008).

101. Roach P., Shiztcliffe N.J., Newton M.J. // Soft Matter., 4, 224 (2008).

102. Жабрев В.А., Лукьянов Г.Н., Марголин В.И., Рыбалко В.В., Тупик В.А. Введение в нанотехноло-гию. М.: Изд-во Москов. государств. ин-та электроники и математики, 2007. С. 170.

103. Рамбиди Н.Г., Березкин А.В. Физические и химические основы нанотехнологий. М.: Физматлит, 2008.

104. Murray C.B., Kagan C.R., Bawendi M.G. // Science 24, Vol. 270, No. 5240. P. 1335-1338.

105. Григорьев С.В., Напольский К.С., Григорьева Н.А., Елисеев А.А., Лукашин А.В., Эккерлебе X., Третьяков Ю.Д. // Письма в ЖЭТФ, 2008, 87 (1), 15.

106. Синицкий А.С., Климонский С.О., Елисеева С.В., Третьяков Ю.Д., Ли Ж., Чжанг П., Ли М., Чжоу Ж.И. // Письма в ЖЭТФ. 2008, 87(12), 772.

107. Li M., Zhang P., Li J., Zhou J., Sinitskii A., Abramova V., Klimonsky S.O., Tretyakov Yu.D. // Applied Physics B. 2007, 89, 251.

108. Gutierrez-Wing C., Santiago P., Ascencio J.A., Camacho A. and Jose-Yacaman M. // Applied Physics A: Materials Science & Processing, Vol. 71, No. 3 / Сентябрь 2000 г., P. 237-243.

109. Collier C.P., Vossmeyer T., and Heath J.R. // Annual Review of Physical Chemistry, 1998, Vol. 49: 371-404.

110. Redl F.X., Cho K.-S., Murray C.B., O'Brien S. // Nature. Vol. 423, 26 June 2003, P. 968-971.

111. The Chemistry of Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications, eds. C.N.R. Rao, Achim Müller, Anthony K. Cheetham, Wiley-VCH, 2006, ISBN 3527604170, 9783527604173.

112. Milan Mrksich and George M. // Whitesides, Trends in Biotechnology, Vol. 13, Iss. 6, June 1995, P. 228-235.

113. Janos H. Fendler // Chem. Mater. 2001, 13, 3196-3210.

114. Bernd Tieke // Advanced Materials, Vol. 2, Iss. 5. P. 222-231.

115. Roberts G.G. // Contemporary Physics, Vol. 25, Iss. 2, March 1984. P. 109-128.

116. Attard G.S., Edgar M. and Göltner C G. // Acta Materialia, Vol. 46, Iss. 3, 23 January 1998, P. 751-758.

117. Paul V. Braun, Paul Osenar, Valeria Tohver, Scott B. Kennedy, and Samuel I. Stupp // J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 7302-7309.

118. Елисеев А.А., Лукашин А.В., Третьяков Ю.Д. Функциональные материалы (Глава 4). М.: Физматлит, 2009.

119. Meyer M.A., Chen P.Yu., Yu-Min Lin A., Seki Y. // Progress in Mater. Sci., 53, 1 (2008).

120. Wei W., Yang Z.Z. // Advanced Materials, 20, 2965 (2008).

121. Wong S. // J.Solid State Chem., 181, 1539 (2008).

122. Третьяков Ю.Д. // Успехи химии, 73, 899 (2004).

123. Кобояси Н. Введение в нанотехнологию. М.: Бином, 2008.

124. Третьяков Ю.Д., Лукашин А.В., Елисеев А. А. // Успехи химии, 73, 974 (2004).

125. Wang Q., Shantz D.F. // J. Solid State Chem., 181, 1659 (2008).

126. Parker A.R., Townley H.E. // Nature Nanotechnology, 2, 347 (2007).

127. Jeong U., Wang Y., Ibisate M., Xia Y. // Adv. Funct. Mater., 15, 1907 (2005).

128. Kuchibhalta S.V.T., Karakoti A.S., Bera D., Seal S. // Progress in Materials Sci., 52, 699 (2007).

129. Caruso F. // Adv.Mater., 13, 11 (2001).

130. Tsivadze A.Y., Varnek A.A., Khutorsky V.E. Coordination Compounds of Metals with Crown Ligands. Moscow: Nauka, 1991.

131. Qiu Y., Chen P., Guo P., Li Y., Liu M. // Adv. Mater., 20, 2908 (2008).

132. Озерин А.Н. // Российские нанотехнологии. 3, 8 (2008).

133. Wang Z.L. // Advanced Functional Materials, 18, 3553 (2008).

134. Скопенко В.В., Цивадзе А.Ю., Саврапакин Л.И., Гарновский А.Д. Координационная химия. М.: Академкнига, 2007.

135. Brian L. Cushing, Vladimir L. Kolesnichenko, and Charles J. O'Connor, Chem. Rev. 2004, 104, 38933946.

136. Суздалев И.П., Суздалев П.И. // Успехи химии, 75, 1 (2006).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

137. Moriarty P. // Reports on Progress in Physics, 64, 297 (2001).

138. Суздалев И.В. Нанотехнология. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериа-лов. М.: Комкнига, 2005.

139. Ушаков И.В. Дис. д-ра физмат наук. Тамбов. госуд. техн. ун-т, Тамбов, 2006.

140. Программа фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 20082012 годы. М., 2008.

141. Старостин В.В. Материалы и методы нано-технологий. М.: Изд-во «Бином. Лаборатория знаний», 2008.

142. Неволин В.К. Зондовые нанотехнологии в электронике. М.: Техносфера, 2005.

143. Евдокимов Ю.М., Сычов В.В. // Технологии живых систем, 4, 3 (2007).

144. Ishigaki T. // J.Ceram.Soc.of Japan, 116, 462 (2008).

145. Yoshimura M., Byrappa K. // J. Mat. Sci., 43, 2085 (2008).

146. Huck W.T.S. // Materialstoday, 11, № 7-8, 24 (2008).

147. Koerner H., White T.J., Tabiryan N.V., Bunning T.J., Vaia R.A. // Materialstoday, 11, № 7-8, 34 (2008).

148. Nayak S., Lyon L.A. // Angew.Chemie. Int. Ed., 44, 7686 (2005).

149. Guo L.J. // Advanced Mater., 19, 495 (2007).

150. Иткис Д.М., Козьменкова А.Я., Гудилин Е.А., Румянцева М.Н., Гаськов А.М., Третьяков Ю.Д. // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2008. № 1(57). С. 30.

151. Park J.-U., Hardy M., Kang S.J., Barton K., Adair K., Mukhopadhyay D.K., Lee C.Y., Strano M.S., Alleyne A.G., Georgiadis J.G., Ferreira P.M., Rogers J.A. // Nature Materials. 2007. V.6. P. 782.

152. Calvert P. // Chem. Mater. 2001. V. 13. P. 3299.

153. Jochen Fricke, Andreas Emmerling // Journal of the American Ceramic Society, Vol. 75, Iss. 8. P. 20272035.

154. Brylev O.A., Shlyakhtin O.A., Egorov A.V., Tretyakov Yu.D. // Journal of Power Sources. 2007, № 164, 868-873.

155. Еремина Е.А., Чеканова А.Е., Казин А.П., Румянцева М.Н., Казин П.Е., Третьяков Ю.Д. // Неорганические материалы, 2007, 43(8), 956-962.

156. Meskin P.E., Ivanov V.K., Baranchikov A.E., Churagulov B.R., Tretyakov Y.D. // Ultrasonics-Sonochemistry. 2006, 13(1), 47.

157. Ivanov V.K., Shaporev A.S., Sharikov F.Yu., Baranchikov A.Ye. // Superlattices and Microstructures. 2007, 42, 421-424.

158. Caro, M. Noack and P. Kölsch // Microporous and Mesoporous Materials, Vol. 22, Iss. 1-3, 17 June 1998, P. 321-332.

159. Galatsis K., Wang K., Botros Y., Yang Y., Xie Y., et al. // IEEE Circuits & devices magazine, 2006, P. 13-21.

160. Yoshiki Kamata // Materials today, Vol. 11, Iss. 1-2, January-February 2008, P. 30-38.

161. Ryzhikov A.S., Vasiliev R.B., Rumyantseva M.N., Ryabova L.I., Dosovitsky G.A., Gilmutdinov A.M., Kozlovsky V.F., Gaskov A.M. // Materials Science and Engineering B, Vol. 96, Iss. 3, 1 December 2002, P. 268-274.

162. Kovalenko V.V., Zhukova A.A., Rumyantseva M.N., Gaskov A.M., Yushchenko V.V., Ivanova I.I. and Pagnier T. // Sensors and Actuators B: Chemical, Vol. 126, Iss. 1, 20 September 2007, P. 52-55.

163. Jerome F. McAleer, Patric T. Moseley, John O. W. Norris and David E. Williams // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1, 1987, 83, 1323-1346.

164. Pomerantseva E.A., Kozlova M.G., Didenko K.V., Veresov A.G., Goodilin E.A., Tretyakov Yu.D. // Mendeleev Communications. 2007, 17, 16-17.

165. Померанцева Е.А., Филиппов Я.Ю., Кулова Т.Л., Скундин А.М., Вересов А.Г., Гудилин Е.А., Третьяков Ю.Д. // Доклады Академии Наук. Сер. Химическая. 2007, 414(4), 1-6.

166. Померанцева Е.А., Филиппов Я.Ю., Гудилин Е.А., Третьяков Ю.Д. // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2008. № 1 (57). С. 34.

167. Козлова М.Г., Балахонов С.В., Гудилин Е.А., Чурагулов Б.Р., Вересов А.Г., Третьяков Ю.Д. // Известия Академии наук. Сер. Химическая. 2008, № 6, 1120.

168. Петрова О.С., Чеканова А.Е., Гудилин Е.А., Зайцев Д.Д., Муравьева Г.П., Максимов Ю.В., Третьяков Ю. Д. // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2007. № 1(45). С. 70-73.

169. Чеканова А.Е., Дубов А.Л., Гудилин Е.А., Еремина Е.А., Кнотько А.В., Вересов А.Г., Зайцев Д. Д., Третьяков Ю. Д. // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2007. № 8(52). С. 34-36.

170. Chekanova A.E., Philippov Ya.Yu., Goodilin E.A., Volkova O.S., Veresov A.G., Tretyakov Yu.D., Eremina E.A., Klimov K.V., Vasiliev A.N., Syrov Yu.V. // Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2006, 3(4), 259.

171. Chernysheva M.V., Sapoletova N.A., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D., Goernert P. // Pure Applied Chemistry. 2006, 78(9), 1753.

172. Grigorieva N.A., Grigoriev S.V., Eckerlebe H., Eliseev A.A., Napolskii K.S., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D. // J. Magn. Magn. Mater. 2006, 300(1), 342.

173. Lionel Vayssieres, Anders Hagfeldt, and Sten Eric Lindquist // Pure Appl. Chem., Vol. 72, No. 1, P. 47-52, 2000.

174. Paquet C., Kumacheva E. // Materialstoday, 11, 48 (2008).

175. Heremans J.D., Dresselhaus M.S. In «Nanomaterials Handbook» (Ed.Y.Gogotsi). Taylor and Francis Group, Boca Raton, 2006, P. 739.

176. Ковнир К.А., Шевельков А.В. // Успехи химии, 73, 999 (2004).

177. Materials outlook for Energy and Enviroment. New Materials Science of the 21st Century forward the Solution of Energy and Enviroment Jssues. National Jnstitute for Materials Science. Tsukuba, 2008.

178. Казин П.Е., Третьяков Ю.Д. // Успехи химии, 72, 960 (2003).

179. Brabec C.J., Heeger A.J. // Adv.Funct.Mater., (2007).

180. Cattart F., Crusset D., Feron D. // Materials today, 11, №10, 32 (2008).

181. Martin K.J., Madan A., and Hoffman D., Ji J., Barnett S.A. Mechanical properties and thermal stability of TiN/TiB2 nanolayered thin films // J. Vac. Sci. Technol. A Vol. 23, Iss. 1, P. 90-98 (January 2005).

182. Wang Z., Han Enhou, Liu Fuchun, Ke Wie // J. Mater. Sci. Technol., Vol. 23 No. 4, 2007, P. 547-550.

183. Antonino Salvatore Arico, Peter Bruce, Bruno Scrosati, Jean-Marie Tarascon & Walter van Schalkwijk // Nature Materials 4, 366-377 (2005).

184. Guo Y.-G., Hu J.S., Wan L.J. // Adv. Mater., 20, 2878 (2008).

185. Fajula F., Galarneau A. and Di Renzo F. Advanced porous materials: New developments and emerging trends // Microporous and Mesoporous Materials, Vol. 82, Iss. 3, 1 August 2005, P. 227-239.

186. Хавкин А.Я. Нанотехнологии в добыче нефти и газа. М.: Изд-во «Нефть и газ», 2008.

187. Meyers M.A., Chen Po-Yu, Lin A.Y.M., Seki Y. // Progress in Materials Sci., 53, 1 (2008).

188. Xia F., Jiang L. // Adv. Mater., 20, 2842 (2008).

189. Эппле М. Биоматериалы и биоминерализация. Томск: Изд-во «Ветер», 2007.

190. Gebeshuber I.C. // Nanotoday, 2, №5, 30

(2007).

191. Максимов А.И., Мошников В.А., Таиров Ю.М., Шилова, О.А. Основы золь-гель технологии. СПб.: Изд-во «Элмор», 2008.

192. Ролдугин В .И. // Успехи химии, 72, 1027 (2003).

193. Sarkar S., Chunder A., Fei W., Zhai L. // J. Am. Ceram. Soc., 91, 2751 (2008).

194. Stevens M.M. // Materials today, 11, № 5, 18

(2008).

195. MacNeil S. // Materials today, 11, № 5, 26 (2008).

196. Moroni L., Elisseef J.H. // Materials today, 11, № 5, (2008).

197. Jordan J., Jacob K.I., Tannenbaum R., Sharaf M. A., Jasiuk I. // Materials Science and Engineering A, Vol. 393, Iss. 1-2, 25 February 2005, P. 1-11.

198. Волынский А.Л., Трофимчук Е.С., Никифорова Н.И., Бакеев Н.Ф. // Ж. общ. химии, 72, 575, (2002).

199. Трофимчук Е.С., Никонорова Н.И., Нестерова Е.А., Елисеев А.С., Семенова Е.В., Мешков И.Б., Казакова В.В., Музафаров А.М., Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф. // Высокомолекулярные соединения, том 49, № 10, Октябрь 2007, С. 1801-1809.

200. Moiseev I.I., Vargaftik M.N. Clusters and Colloidal Metals in Catalysis // Russian Journal of General Chemistry, Vol. 72, No. 4 / Апрель 2002 г. P. 512-522.

201. Ahn H., Ku Y.-P., Wang Y.-C., Chuang C.-H., Gwo S., Ci-Ling Pan // Appl. Phys. Lett. 91, 132108 (2007).

202. Zhang R., Fan L., Fang Y., Yang S. // J. Mater. Chem., 18, 4964 (20080).

203. Горбатенко О.Н., Бибиков С.Б. // Специальная Техника, №3, 2006.

204. Pimenov A. et al. // Phys. Rev. Lett. 95, 24, 7009 (2005).

205. Holloway C.L. et al. // JEEE, Trans. Antennas Propagat, 51, 2596 (2003).

206. Yongbing Xu, Sarah M. Thompson, Spintronic Materials and Technology, CRC Press, 2007.

207. Nanostructured superalloy structural components and methods of making, US-papent, Application number: 11/324,458, Publication number: US 2007/0151639 A1.

208. Haile S., Dunn B., Rolison D., Jacobson A., Mantiram A., Nozik A., Ahn C., Kanatzidis M. In «Progress in Solid State Chemistry» (Ed.A.Reller), 30, 26 (2002), Pergamon.

209. Brabec C.J., Sariciftce N.S., Hummelen J.C. // Adv. Funct. Mater., (2007).

210. Li Y.F., Zou Y.P. // Adv. Mater., 20, 2952 (2008).

211. Yu B., Meyyappan M. // Solid-State Electronics, Vol. 50, Iss. 4, April 2006, P. 536-544.

212. Balzani V., Credi A., Raymo F.M. // J. Fraser Stoddart, Angewandte Chemie, 2000, 39, 3348-3391.

213. Jain K.K. // Pharmacogenomics, August 2000, Vol. 1, No. 3. P. 289-307.

214. Sahoo S.K., Parveen S., Panda J.J. // Nanotechnology, Biology, and Medicine, 2007 - Elsevier.

215. Dunbar K., Interrante L., Musfeldt J., Nuzzo R., Coronado E., Gatteschi D., Lin W., Tolbert S. In "Progress in Solid State Chemistry" (Ed.A.Reller), 30, 48 (2002) Pergamon.

216. Peng S., Xie J., Sun S. // J. Solid State Chem., 181, 1560 (2008).

217. Rai-Choudhury P. Handbook of Micro-lithography, Micromachining and Microfabrication. 1st ed.; SPIE Press, Bellingham, WA. 1997. Vol. 2.

218. Frenkel D., Smit B. Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications, San Diego: Academic Press, 2002.

219. Norman G.E., Stegailov V.V. Stochastic and Dynamic Properties of Molecular Dynamics Systems: Simple Liquids, Plasma and Electrolytes, Polymers // Computer Physics Communications 147, 678-683 (2002).

220. Малинецкий Г.Г. Математические основы синергетики. Хаос, структуры, вычислительный эксперимент. Сер. «Синергетика: от прошлого к будущему» Изд. 5. 2007.

221. Billinge S.J.L. // Solid State Chem., 181, 1695 (2008).

222. Sanwu Wang, Gudipati R., Rao A.S., Bostelmann T.J., Shen Y.G. // Appl. Phys. Lett. 91, 081916 (2007).

223. Balazs A.C. // Materials today, 10, № 9, 18 (2007).

224. Swygehoven H.Van, Weertman Ju.R. // Materials today, 9, № 5, 24 (2006).

225. Wert J.A., Huang X., Winther G., Pantleon W., Poulsen H.F. // Materials today, 10, № 9, 24 (2007).

226. Gene F. Mazenko, Oriol T. Valls, Marco Zannetti // Phys. Rev. B 40, 379-383 (1989).

227. Karin Lin, Chrzan D.C. // Phys. Rev. B 60, 3799-3805 (1999).

228. Tomanek D. Computational Nanotechnology: From Clusters to Devices. Nuclei and Mesoscopic Physics, edited by Vladimir Zelevinsky, American Institute of Physics, 2005, P.118-122.

229. Belova J.V., Murch G.E. // J. of Physics and Chemistry of Solids, 64, 873 (2003).

230. Liew K.M., Wong C.H., He X.Q., Tan M.J. // Phys. Rev. B 71, 075424 (2005).

231. Lehn J.-M. // Chemistry - A European Journal, Vol. 5, Iss. 9, P. 2455-2463.

232. Subramanian K.R.S. Sankaranarayanan, Venkat R. Bhethanabotla, and Babu Joseph, Phys. Rev. B 74, 155441 (2006).

233. Jarmon L., Keating E., Toprac P. // Simulation & Gaming, Vol. 39, No. 2, 168-181 (2008).

234. Wardak A., Gorman M.E., Swami N., Deshpande S. // Journal of Industrial Ecology, Vol. 12, Iss. 3. P. 435-448.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

235. Miura K. // Progress in informatics, No. 3, P. 67-75 (2006).

236. Loss D., DiVincenzo D.P. // Phys. Rev. A 57, 120-126 (1998).

237. Shimojo F., Kalia R.K., Nakano A., Nomura K., Vashishta P. // J. Phys.: Condens. Matter 20 (2008) 294204 (9pp).

238. Zeng Q.H., Yu A.B., Lu G.Q., Standish R.K. // Chem. Mater. 2003, 15, 4732-4738.

239. McCabe C., Glotzer S.C., Kieffer J., Neurock M., Cummings P. // Journal of Computational and Theoretical Nanoscience, Vol. 1, 1-15, 2005, P. 1-15.

3

Ж.

65

240. Vashishta P., Bachlechner M., Nakano A., Campbell T.J., Kalia R.K., Kodiyalam S., Ogata S., Shimojo F., Walsh P. // Applied Surface Science, Vol. 182, Iss. 3-4, 22 October 2001, P. 258-264.

241. Karpus M., Petsko G.A. // Nature 347, 631-639, 1990.

242. Wong-Ekkabut J., Baoukina S., Triampo W., I.Ming Tang, Peter Tieleman D. & Luca Monticelli // Nature Nanotechnology 3, 363-368 (2008).

243. Яминский И.В., Тишин А.М. // Успехи химии, 68, 187 (1999).

244. Шайтан К.В., Турлей Е.В., Голик Д.Н., Те-решкина К.Б., Левцова О.В., Федик И.В., Шайтан А.К., Кирпичников М.П. // Вестник биотехнологии,

2005, 1, 1, С. 66-78.

245. Sang-il Park and Robert C. Baltett. Design Considerations for an STM System // Methods of Experimental Physics, Vol. 27; Scanning Tunneling Microscopy, Ch. 2, P. 31-76.

246. Pool R. The Children of the STM // Science, Vol. 247, P. 643-636.

247. Hansma P.K., Bungs V.B., Marti О., Bracker C.E. Scanning Tunneling Microscopy and Atomic Force Microscopy: Application to Biology and Technology // Science, Vol. 242, 14 October 1988, P. 209-216.

248. Pollack A. Atom by Atom, Scientists Build 'Invisible' Machines of the Future // The New ark Times, 26 November 1991, 65, B7.

249. Weisenhorn L., Maivald P., Butt H.J., Hansma P.K. Measuring Adhesion, Attraction, and epulsion between Surfaces in Liquids with an Atomic-Force Microscope // Physical Review B, 31. 45, No. 19, 15 May 1992. P. 11226-11232.

250. Рид С. Электронно-зондовый микроанализ. М.: Мир, 1979.

251. Williams D.B., Carter C.B. Transmission electron microscopy. New Yurk: Plenum Press, 1996.

252. Hansen H.N., Carneiro K., Haitjema H., Chiffre L. De. Dimensional Micro and Nano Metrology // CIRP Annals - Manufacturing Technology, Vol. 55, Iss. 2,

2006. P. 721-743.

253. Navrotsky A. // Journal of Nanoparticle Research, Vol. 2, No. 3, September 2000. P. 321-323(3).

254. Sunil K. Sinha. The impact of synchrotron radiation on nanoscience // Applied Surface Science, Vol. 182, Iss. 3-4, 22 October 2001, P. 176-185.

255. Yiyao L., Miyoshi H., Nakamura M. // International journal of cancer, 2007, Vol. 120, No. 12, P. 25272537.

256. Hoet P.H.M., Brüske-Hohlfeld I., Salata O.V. // Journal of Nanobiotechnology 2004, Dec 8;2(1):12.

257. Panyam J., Labhasetwar V. // Advanced Drug Delivery Reviews, Vol. 55, Iss. 3, 24 February 2003, P. 329-347.

258. Colvin V.L. // Nature biotechnology, Vol. 21, No. 10, 2003, P. 1166-1170.

259. Silverman J.P. // J. Vac. Sci. Technol. B Vol. 15, Iss. 6. P. 2117-2124 (November 1997).

260. Григорьев С.В., Григорьева Н.А., Сыромятников А.В., Напольский К.С., Елисеев А.А., Лука-шин А.В., Третьяков Ю.Д., Эккерлебе Х. // Письма в ЖЭТФ. 2007, 85(9), 549-554.

261. Napolskii K.S., Eliseev A.A., Yesin N.V., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D., Grigorieva N.A., Grigoriev S.V., Eckerlebe И. // Physica E. 2006, 37, 415.

262. Grigorieva N.A., Grigoriev S.V., Eckerlebe И., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Napolskii K.S. // Journal of Applied Crystallography. 2007, 40, P. 532-536.

263. Chernysheva M.V., Kiseleva E.A., Verbitskii N.I., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D., Savilov S.V., Kiselev N.A., Zhigalina O.M., Kumskov A.S., Krestinin A.V., Hutchison J.L. // Physica E, 2008, 40(7), 2283.

264. Chernysheva M.V., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D., Savilov S.V., Kiselev N.A., Zhigalina O.M., Kumskov A.S., Krestinin A.V., Hutchison J.L. // Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures. 2007, 37 (1-2), 62-65.

265. Чернышева М.В., Киселева Е.А., Елисеев

A.А., Лукашин А.В., Киселев Н.А., Жигалина О.М., Крестинин А.В., Хатчисон Д.Л., Третьяков Ю.Д. // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2008. № 1(57). С. 22.

266. Суздалев И.П., Максимов Ю.В., Имшенник

B.К., Новичихин С.В., Матвеев В.В., Гудилин Е.А., Чеканова А.Е., Петрова О.С., Третьяков Ю.Д. // Российские нанотехнологии. 2007, 2(5-6), 73-84.

267. Rusakov V.S., Presniakov I.A., Gubaidulina T.V., Sobolev A.V., Volkova O.S., Demazo G., Baranov A.V., Goodilin E.A. // JETP Letters 2007, 85(9), 444448.

268. Eliseev A., Vyacheslavov A.S., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D., Suzdalev I.P., Maksimov Yu.V., Goernert P. // Int. J. Nanoscience. 2006, 5(4-5), 459.

269. Eliseev A.A., Kolesnik I.V., Napolskii K.S., Lukashi A.V.n, Görnert P. // Physica E, 2008, 40(7), 2531.

270. Napolskii K.S., Sinitskii A., Grigoriev S.V., Grigorieva N.A., Eckerlebe H., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D. // Physica Б. 2007, 397 (1-2), 23-26.

271. Roy V.A.L., Djuri B., Chan W.K. // Appl. Phys. Lett. 83, 141 (2003).

272. Wang X., Summers C.J., Zhong Lin Wang // NanoLetters, 2004, Vol. 4, No. 3. P. 423-426.

273. Vayssieres L. // Advanced Materials, Vol. 15, Iss. 5. P. 464-466.

274. Tenne R. // Chemistry - A European Journal, Vol. 8, Iss. 23. P. 5296-5304.

275. Landman U., Luedtke W.D., Burnham N.A., Colton R.J. //ience 27 April 1990, Vol. 248. No. 4954. P. 454-461.

276. Billinge S.J.L., Levin I. // Science 27 April 2007, Vol. 316, No. 5824. P. 561-565.

277. Whitehouse D.J. Handbook of Surface and Nanometrology, CRC Press, 2002, ISBN 0750305835, 9780750305839.

278. Maier J. // Nature Materials, 4, 805 (2005).

279. Ванаг В.К. Диссипативные структуры в реакционно-диффузионных системах. Институт компьютерных исследований. Москва - Ижевск. 2008.

280. Shuguang Zhang, Davide M. Marini, Wonmuk Hwang and Steve Santoso // Current Opinion in Chemical Biology, Vol. 6, Iss. 6, 1 December 2002, P. 865-871.

281. Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические мембраны. М.: ИКЦ «Академкнига», 2007.

282. Жабрев В.А., Лукьянов Г.Н., Марголин В.И., Рыбалко В.В., Тупик В.А. Введение в нанотехноло-гию. М.: Изд-во Москов. Государств. ин-та электроники и математики, 2007. С. 132-138.

283. Елисеев А.А., Лукашин А.В., Третьяков Ю.Д. Функциональные наноматериалы, учебное пособие. М.: Бином, 2009.

284. Napolskii K.S., Eliseev A.A., Yesin N.V., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D., Grigorieva N.A., Grigoriev S.V., Eckerlebe H. // Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures. 2007, 37 (12), 178-183.

285. Григорьев С.В., Григорьева Н.А., Сыромятников А.В., Напольский К.С., Елисеев А.А., Лука-шин А.В., Третьяков Ю.Д., Эккерлебе Х. // Письма в ЖЭТФ, 2007, 85 (12), 738-743.

ПОДПИСКА НА РОССИИСКИЕ НАУЧНЫЕ ЖУРНАЛЫ

eLIBRARy.RU

Научная Электронная Библиотека продолжает кампанию по подписке на отечественную научную периодику в электронном формате на 2009 г. Полнотекстовая коллекция представляет журналы по всем отраслям современного знания. Всего на платформе eLIBRARY.RU сейчас размещено российских журналов: 1273, из которых доступно по подписке 802. Практически все публикации из этой коллекции относятся к категории «рецензируемых», многие из них входят в «Перечень изданий ВАК» (актуальная редакция Перечня, апрель 2008 г.)

Российские журналы на платформе eLIBRARY.RU представлены в виде нескольких коллекций:

• Журналы издательства НАУКА • • Российские журналы на eLIBRARY.RU • • Журналы Дальневосточного отделения РАН • • Журналы Самарского государственного технического университета •

• Реферативные журналы ВИНИТИ •

• Реферативные журналы ИНИОН •

• Реферативные журналы ЦНСХБ •

Полный перечень подписных журналов представлен в Прайс-листе.

Оформить годовую подписку на текущие и архивные выпуски журналов, приобрести отдельные номера изданий могут частные лица и организации любой формы собственности и вида деятельности - университеты, институты РАН и других академий, отраслевые НИИ и научные центры, библиотеки, государственные органы и коммерческие структуры. Российские журналы доступны теперь в электронном виде не только отечественным, но и зарубежным подписчикам. Научная Электронная Библиотека работает со всеми, кого интересует научная периодика.

Для того чтобы получить доступ к подписным изданиям, необходимо зарегистрироваться на сервере eLIBRARY.RU и подписать Лицензионное соглашение, которое регламентирует порядок и правила работы и использования электронных ресурсов.

Заявки на подписку, вопросы, комментарии направляйте в отдел маркетинга и продаж Арефьев Павел Геннадьевич Поздеева Татьяна

Тел.: 7 (495) 935 0101 Тел.: 7 (495) 935 0101

Факс: 7 (495) 935 0002 Факс: 7 (495) 935 0002

Email: [email protected] Email: [email protected]

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Третьяков Ю. Д., Гудилин Е. А.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Третьяков Ю. Д., Гудилин Е. А.

Major directions of basic and dedicated basic research in the area of nanomaterials

Текст научной работы на тему «ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ОРИЕНТИРОВАННЫХ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ НАНОМАТЕРИАЛОВ»