23.01.2019

Физик Альберт Насибулин о передовых технологиях
   Будущее начинается с мелочей. Осталось выяснить — с каких именно.
Физик Альберт Насибулин о передовых технологиях.

Профессор РАН Альберт Насибулин большую часть своей научной деятельности провел в институтах Финляндии, успешно совмещая фундаментальные исследования с разработкой наукоемких технологий. Сейчас он руководитель лаборатории наноматериалов Сколтеха, специалист в области синтеза, исследования механизмов роста и применения наноматериалов, автор и соавтор более 230 научных работ и 24 патентов.

Профессор Насибулин — автор оригинальных технологий синтеза однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ) аэрозольным методом химического осаждения из газовой фазы. Он также разработал метод изготовления свободностоящих пленок ОУНТ с толщиной от субмонослоя до нескольких сотен нанометров. Предложил новый, простой и быстрый метод синтеза и изучения механизмов роста нитевидных кристаллов оксидов различных металлов. Является сооснователем двух компаний, которые успешно коммерциализируют результаты научной деятельности.

Чтобы получить углеродные нанотрубки — один из самых перспективных материалов, созданных человеком за все века, что он существует,— в лаборатории наноматериалов Сколтеха уходит секунд 12. За это время в реакторе — он напоминает высокотехнологичную духовую печку — углеродные компоненты распадаются на частицы нанометрового размера, а затем собираются в новый материал. Его переносят на гибкую или эластичную подложку (в виде пленки), и вот перед нами основа для электроники будущего, прозрачной, гибкой и эластичной. Если положить такую пленку на любую поверхность — стекло, дерево, ткань, даже бумажные обои,— она превратится в сенсорный экран. Мало того, вы также можете придать этому экрану любую форму. Ученые обещают: при нынешнем темпе разработок такие новинки войдут в нашу жизнь в ближайшие годы.

— Альберт Галийевич, эта техника напоминает о временах, когда слово «нанотехнологии» звучало из телевизора каждый день. Помнится, лет 5–10 назад уже ждали прорыва, но его не произошло. Надежды оказались напрасными?

— Вовсе нет, в XXI веке нанотехнологии наряду с информационными и биотехнологиями стали фундаментом научно-технической революции. Если говорить в денежном эквиваленте, общий рынок нанотехнологий в 2019-м, по оценкам экспертов,— около 60 млрд долларов, годовой прирост — порядка 20 процентов.

Не секрет, что этот сектор науки рассматривают как рычаг политического влияния, и это тоже способствовало его развитию в приоритетную область исследования во многих странах. Сейчас этим занят весь цивилизованный мир.

Другое дело, что развитие любой технологии начинается со взрывного интереса, проходит пик чрезмерных ожиданий, а потом научное сообщество постепенно разочаровывается. А через некоторое время начинается новый подъем, связанный с переходом от фундаментальных исследований к практическому применению. Именно это сейчас и происходит с нанотехнологиями.

— О поддержке нанотехнологий на госуровне раньше всех заговорили в США. Это и спровоцировало взрывной интерес к новой отрасли?

— Да, правительство США в 2000 году положило начало бурному развитию этой науки, объявив о «Национальной нанотехнологической инициативе» — она привлекла почти миллиард долларов государственного и внебюджетного финансирования. Этот подход стал моделью: за 5 лет о таких планах развития заявили 50 стран.

— Значит, Россия, объявившая о приоритете нанотехнологий лишь в 2007-м, отстала?

— На самом деле у нас нанотехнологии включили в Федеральную программу «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» еще в 2002-м. А в 2007-м президент назвал нанотехнологии одним из приоритетных направлений и предложил учредить российскую корпорацию нанотехнологий, которая затем была преобразована в «Роснано». В 2008-м была принята программа по развитию наноиндустрии, но сейчас в связи с реорганизацией Минобрнауки многие из намеченных тогда проектов финансировать перестали. В прошлом году, по моим сведениям, у нас не было объявлено грантов в этой области. Ожидаем, что в этом году ситуация изменится.

— США потратили на нанотехнологии миллиарды. А на какое направление в первую очередь?

— На развитие материаловедения, и это не случайно. Развитие цивилизации неразрывно связано с совершенствованием технологии использования и получения материалов: человечество прошло через стадии использования бронзы, стали, полимерных соединений, композитов, а сейчас наступил этап, когда мы накопили знания в области наноматериалов. Благодаря этому целые сферы деятельности начинают кардинально меняться: электроника, энергетика, сельское хозяйство, медицина...

Атомное лего

— Долгое время ученые не могли договориться о том, что считать наноматериалами. Да и работают они с веществом на атомарном уровне не первый десяток лет. Сейчас есть какая-то определенность в классификации?

— Наноматериалы — это объекты с размером в диапазоне от 1 до 100 нанометров. Для наглядности: диаметр человеческого волоса составляет примерно 80 тысяч нанометров, а поперечный срез цепочки ДНК — 2 нанометра. Если чайка сядет на палубу авианосца, то он погрузится в воду на 1 нанометр.

Теперь о свойствах наноматериалов. Свойства любого вещества определяет количество атомов, которое находится у него внутри и снаружи. Например, обычно на поверхности куска сахара находится примерно 1 атом из 10 млн, но, если размолоть кусочек в нанопыль, на поверхности окажется порядка 80 процентов всех составляющих его атомов. Колоссальное увеличение площади и количества находящихся на поверхности атомов — причина резкого изменения свойств. Атомы на поверхности связаны с меньшим количеством соседних атомов, чем те, что находятся внутри, поэтому обладают избыточной энергией. В итоге мы получаем вещество с принципиально новыми свойствами.

На самом деле люди это знали еще до появления науки, например когда сжигали уголь и получали сажу — она как раз укладывается в нанометровый диапазон. К слову, недавно была опубликована статья по дамасской стали. Оказалось, в ее составе есть углерод в виде углеродных нанотрубок — одного из самых известных и перспективных наноматериалов с потрясающими свойствами. Физик 4.jpg

— И какие свойства проявляются у веществ в новом состоянии?

— Самые разные: увеличивается твердость в сочетании с высокой пластичностью, увеличивается предел текучести, меняется температура плавления… Так, железо, которое плавится при температуре 1,5 тысячи градусов, в наноразмерном состоянии имеет температуру плавления порядка 200–300 градусов.

Свежее дыхание химии

— Тем не менее распространение получили углеродные наноматериалы. Чем они интересны, и почему российские ученые, вложившие в работу с ними немало сил, остались в стороне от нобелевских премий?

— В этой истории немало драматических страниц. Начать надо с открытия фуллерена. Это молекула углерода, представляющая собой полую замкнутую сферу. Она имеет форму усеченного икосаэдра — как футбольный мяч. Не случайно японский физик Эйдзи Осава догадался о существовании такой молекулы, наблюдая за игрой сына в футбол в 1970-м. Но статья об открытии была написана на японском, его в буквальном смысле не поняли.

В 1973-м существование необычной формы углерода впервые было подтверждено расчетами советских ученых из Института элементоорганических соединений РАН. Елена Гальперн, Игорь Станкевич и Дмитрий Бочвар исследовали полые углеродные замкнутые структуры, надеясь найти стабильную. Заядлый футболист Станкевич обратил внимание на замкнутую структуру из углерода С60, имеющую симметрию усеченного икосаэдра. По легенде, он принес в лабораторию футбольный мяч и сказал: «22 здоровых мужика часами пинают этот мяч. Молекула такой формы должна быть очень крепкой». В итоге ученые, не имея на тот момент подходящей ЭВМ, выполнили расчеты, предсказывающие электронную структуру новой молекулы. К сожалению, на открытие особо внимания не обратили, а синтезировать фуллерены не представлялось возможным.

— В итоге вся слава досталась экспериментаторам.

— Да, экспериментально материал был получен в 1985 году тремя англоязычными учеными: Робертом Кёрлом, Харольдом Крото и Ричардом Смолли. Они так спешили опубликовать статью, что не стали рассчитывать модель молекулы и вместо иллюстрации в журнале Nature поместили фотографию футбольного мяча. За открытие фуллеренов им в 1996-м присудили Нобелевскую премию. В нобелевской речи Крото упомянул, что молекула фуллерена «очаровала ученых, привела в восторг обывателей и придала свежее дыхание химии». Получение фуллеренов породило продолжающийся до сих пор бум углеродных наноструктур: полученные вскоре углеродные нанотрубки изменили мир.

Нанонос

— Словосочетание «углеродные нанотрубки» знакомо не только ученым. Многие слышали, что с их помощью обычные вещества приобретают сверхъестественные свойства. Но мало кто понимает, как они устроены.

— Углеродные нанотрубки — это не существующие в природе молекулы углерода в виде полой трубки диаметром около нанометра и длиной несколько десятков микрон.

Считается, что они открыты японским ученым Сумио Иджима в 1991-м. Хотя еще в далеком 1952-м советские ученые Л. Радушкевич и В. Лукьянович в «Журнале физической химии» поместили изображение углеродных нанотрубок. Так что нам есть чем гордиться.

Тогда почему именно публикация 1991 года вызвала настоящий технологический бум?

— Была подготовлена почва: все уже ждали. Научное сообщество мгновенно подняло открытие нового наноматериала на небывалый уровень….

Интервью журналу "Огонёк" №2 от

Центр перспективных экономических исследований Академии Наук РТ 50 лучших инновационных идей для Республики Татарстан Виртуальный музей-библиотека Академии Наук Республики Татарстан Татарстанский ЦНТИ