Профессор ТУСУРа Павел Троян прочитал открытую лекцию для томичей

Лекторы рассказали ученикам старшей школы, студентам, преподавателям и представителям научно-исследовательских центров о научной области, интерес к которой в последние годы проявляют всё больше людей, – области нанотехнологий. Профессор ТУСУРа Павел Троян и директор центра «Биотест-Нано» Юрий Моргалёв раскрыли особенности таких направлений, как наноэлектроника и наноматериалы. Каждое из этих направлений обладает своими особенностями, изучение которых открывает новые возможности для других областей науки или производства товаров, применимых в повседневной жизни.

Первым лектором выступил Павел Троян, заведующий кафедрой физической электроники факультета электронной техники ТУСУРа. В начале своей лекции профессор привёл обобщённую справку о том, что же такое нанотехнологии. По его словам, сегодня существует две концепции, описывающие данную область. «С одной стороны под нанотехнологиями понимаются способы получения объектов размерами от 1 до 100 нанометров», – обозначил лектор. - Согласно второму определению нанотехнологии представляют собой совокупность способов и методов синтеза и обработки нанообъектов, включая диагностику, кадровый потенциал и т. д. Что касается получения объектов размерами от 1 до 100 нанометров, то на данный момент существует две парадигмы: «сверху-вниз» и «снизу-вверх»». По словам профессора ТУСУРа, согласно первой парадигме элементы печатной платы или интегральной микросхемы и их функции всегда остаются неизменными, происходит лишь постепенное уменьшение этих элементов за счёт повышения качества литографии. Вторая парадигма, в свою очередь, представляет собой процесс, благодаря которому элементы наноразмеров образуются из атомов и молекул за счёт их структурирования. По мнению Павла Трояна, наиболее перспективным направлением с точки зрения развития нанотехнологий является направление «снизу-вверх». Как отметил лектор, возможность перемещения атомов и создания тем самым структур из отдельных атомов (что и является особенностью данной технологии), может также приводить к получению новых свойств привычных материалов.

Далее профессор ТУСУРа перешёл к особенностям одного из направлений области нанотехнологий наноэлектронике, которой лектор занимается в рамках своей научной и преподавательской деятельности. По его словам, сегодня наблюдается значительный рост рынка полупроводников. «С 1987 по 2010 годы рынок полупроводников увеличился с 33 до 300 миллиардов долларов», - отметил Павел Троян. Развитие электроники, как обозначил в своём выступлении лектор, подчиняется всем известному закону Мура, который в то же время для наноэлектроники означает уменьшение топологических размеров элементов в геометрической прогрессии. При этом он обозначил исторический факт, что при уменьшении топологических размеров элементов количество компаний, способных обеспечить производство электронных устройств с такими элементами, постоянно сокращалось. Как правило, это связанно с тем, что при переходе к наноразмерам существенно меняются свойства веществ вплоть до того, что формулы традиционной радиотехники перестают работать, что, в свою очередь, требует смены подхода при проектировании и разработке устройств.

Павел Троян отметил, что сегодня существует не так много устройств на основе нанотехнологий. «К ним относятся HEMT-транзисторы, которые производятся в ТУСУРе», - обозначил лектор. Также к этим устройствам можно отнести LED-светодиоды, в том числе органические светодиоды. Профессор ТУСУРа обозначил приоритетные на сегодняшний день направления в нанотехнологиях - это гетероструктурная СВЧ-электроника, спинтроника и др. Завершил лектор своё выступление последним достижением в области наноэлектроники, принадлежащим компании IBM: они создали элемент памяти в 1 бит на 12 атомах, тогда как традиционно 1 бит базируется на сотнях тысячах атомов.

Юрий Моргалёв, директор центра «Биотест-Нано», раскрыл особенности другого направления – наноматериалов. В частности, он рассказал о том, какими опасными и полезными свойствами обладают наноматериалы при взаимодействии с окружающей средой, растениями, животными и человеком в частности. Начал лектор с краткого введения в ситуацию сегодняшнего рынка наноматериалов и наночастиц. По его словам, на данный момент на рынке представлено более 5 тысяч предложений различных продуктов, содержащих наночастицы. К таким продуктам можно отнести всем известные и всеми используемые бытовые продукты: пищевые продукты, ткани, косметику, лекарства и т. д. По словам Юрия Моргалёва, область наноматериалов является сегодня крайне популярной у представителей разных сфер деятельности, что доказывают приведённые лектором цифры: более 50 % проектов в этой области окупаются менее, чем за 10 лет, а количество инвестиций в эту область увеличивается с каждым годом.

В связи со столь стремительным развитием области нанотехнологий, а следовательно и наноматериалов, возникает вполне закономерный вопрос: безопасны ли эти материалы, а также те продукты, в которых используются наночастицы? Деятельность центра «Биотест-Нано» направлена на изучение влияния наноматериалов и наночастиц на окружающую среду и её обитателей, а также на разработку методик, нацеленных на обеспечение безопасности и защиты от вредных свойств наночастиц. Юрий Моргалёв отметил, что одной из особенностей наноматериалов и наночастиц является то, что ряд внешних факторов может привести к развитию их токсичных свойств. По словам директора центра, сегодня существует два направления работ по нанобезопасности: безопасность для человека и безопасность для окружающей среды (причём первое направление наименее развито, нежели второе).

«Небольшой размер наночастиц приводит к тому, что они могут проникать через кожу, через поверхности внутренних органов в организм и там оседать», - объяснил принцип «вхождения» в живой организм наночастиц лектор. Наночастицы могут попадать в организм через лёгкие, кожу, кишечник, инъекции и имплантаты, которые обрабатываются наноматериалами. Но Юрий Моргалёв также отметил, что наночастицы могут доставлять не только вредные вещества в клетки организма, но и полезные, что начинают активно использовать в медицине. «К сожалению, в процессе эволюции не выработался механизм, который бы блокировал попадание в организм наночастиц, которые несут на себе вредные вещества», - отметил лектор.

Как обозначил в своём выступлении Юрий Моргалев, опасность наночастиц и наноматериалов заключается ещё и в том, что они могут нарушить баланс экосистемы, в которой живёт человек, что, в свою очередь, приведёт к опасным последствиям. Одним из способов изучения таких реакций является помещение живого организма в среду с различными наночастицами и анализ происходящих процессов. В центре «Биотест-Нано» Юрий Моргалёв с сотрудниками изучали организмы и растения на предмет наибольшей чувствительности к существующим наноматериалам. «По результатам было выявлено достоверное влияние наночастиц на организмы – от бактерий до рыб», - отметил лектор. Но, как упоминалось ранее, это влияние может быть как губительным, так и способствующим развитию, что и доказали исследования. Стоит отметить, что центр «Биотест-Нано» – это единственный аккредитованный центр в России по оценке безопасности наноматериалов. Разработанный центром комплекс методик носит официальный характер и применяется в производственных процессах по всей России.

Лекция «Нанотехнологии: оптимизм и опасения» стала третьей в цикле «Томские лекции» по приоритетным направлениям развития проекта «ИНОТомск 2020» в 2012 году. Благодаря этой лекции стали известны и более понятны новые направления в области нанотехнологий. Слушатели, пришедшие на лекцию, узнали не только о том, что такое нанотехнологии, наноэлектроника и наноматериалы, но и о том, какие направления сегодня являются наиболее приоритетными, какое место на мировом рынке нанотехнологий занимает Россия, и какие перспективы она имеет на ближайшие годы, как каждый человек в повседневной жизни сталкивается с продуктами этой области, не имея при этом возможности и необходимости проводить время в научных лабораториях для изучения свойств наноматериалов.

• Проект «Томские популярные лекции» в Facebook
• Проект «Томские популярные лекции» в «Вконтакте»
• Поект «ИНОТомск 2020» в Facebook
• Проект «ИНОТомск 2020» в «Вконтакте»