Евгений Гудилин: «Плоды нанотехнологий у каждого в кармане»
Мы добрались до специалиста по нанотехнологиям Евгения Гудилина, замдекана факультета наук о материалах МГУ, члена-корреспондента РАН, и обнаружили, что нанотехнологии – это совсем не то, что все о них думают!
Про нанотехнологии говорят давно, а результатов что-то не видно. Когда уже нанороботы будут бороздить просторы организма?
Ажиотаж вокруг нанотехнологий подняли те, кто не очень понимает, что это такое. В основном журналисты и правители. А для ученых «нано» – это всего лишь уровень структуры. Есть атомы, есть молекулы, есть надмолекулярный уровень. С ними работали всегда и будут работать всегда. Но в области СМИ родилось несколько страшилок и несколько прожектерских идей. Нанороботы относятся и к тому и к другому. Звучит это заманчиво: выпил стакан нанороботов, нажал на кнопку на сотовом телефоне – и они все вылечили. Это прожект. А страшилка – это та самая серая слизь, состоящая из одичавших неконтролируемых нанороботов, которые могут размножиться и всех пожрать. Таких нанороботов не будет, их существование нарушает законы природы. Нанотехнологии занимаются совсем другими вещами. Их плоды у каждого в кармане – это, например, сотовые телефоны и флешки.
Давайте тогда попонятнее сформулируем, что такое нанотехнологии.
Это умение эффективно работать на уровне наноструктурной организации вещества и контролируемо изменять целевые свойства какого-то материала или устройства. Поэтому нанотехнологи чаще всего занимаются именно новыми необычными материалами.
Мы можем что-то конструировать с помощью молекул?
Это второй расхожий штамп про нанотехнологии. Звучит опять же здорово: взяли молекулу, приделали к ней вторую, повторили миллион раз – получили вещество. Но если взять кусочек вещества размером со спичечную головку, то в ней окажется на самом деле столько молекул, что даже если каждую из них присоединять к другим всего за одну микросекунду, то это займет миллиарды лет. К счастью, есть две вещи, которые это все решают. Первая – сама матушка-природа, а второе – самосборка при определенных условиях, когда молекулы за счет неких закономерностей и сил сами собираются в объемный материал, пленку и так далее. И это вынужденно один из самых распространенных подходов нанотехнологий.
Меня всегда волновало, что при работе с такими мелкими объектами их легко потерять. Ковырялся ты с молекулой, ковырялся, а потом чихнул – и все.
Химики получают нанообъекты обычно в огромном количестве. Не одну наночастицу, а много – за счет химических превращений, например. Пробирку с большим количеством нанообъектов потерять сложно. Если речь идет об отдельных молекулах, которые иногда ученые зондом атомно-силового микроскопа долго и нудно красиво собирали в эмблемы и слова, то, к сожалению, они будут просто «разбегаться» под действием обычных тепловых колебаний. Поэтому все картинки, которые публикуют, – с атомами кислорода или другими молекулярными объектами – обычно делают на очень холодной подложке, где все молекулы «заморожены» на своем месте.
Давайте поговорим о реальном применении нанотехнологий сегодня. Где они?
Если не брать социальные науки, то все остальные – естественные – науки обслуживают глобально три жизненно важные потребности человека. Любопытство – это информация. Здоровье – это медицина. И энергетика, которая позволяет производить все на свете. Нанотехнологии занимаются тем же самым. Это обычные науки – химия, физика, биология, но нанотехнологи разработали свой понятийный аппарат, систему экспериментальных подходов и новые методики, что позволяет придумывать и делать новые материалы. В результате они уже сейчас есть в энергетике, информатике и медицине. В информатике все очень наглядно и понятно: все в руках держали флешки, телефоны. Очень многие их элементы, включая микросхемы, элементы памяти, покрытие экранов, – это все объекты и материалы, в которых искусственно созданные элементы структуры на уровне 10 в -9 метра, то есть нанометров, предопределяют практически важные свойства. Чем более емкая флешка, тем мельче в ней элементы памяти. Чем более современным и мощным является компьютер, тем больше в нем всяких транзисторов и микросхем на одной плате, при этом они становятся все миниатюрнее и потребляют все меньше энергии. Чем лучше материалы для аккумуляторов, тем дольше работают такие компьютеры. В энергетике мы помимо нефти вынуждены также рассматривать как альтернативу солнечную энергетику и электрохимическую энергетику с ее современными аккумуляторами, и большая часть материалов, которая там используется, может иметь отношение к «нано». Сам рабочий катодный материал, проводящий материал – сажа, а может быть, и графен в будущем. В солнечной энергетике для новых поколений высокоэффективных материалов используют «сэндвичевые» слоистые структуры, которые содержат очень тонкие слои толщиной 100–200 нанометров и иногда меньше, – это тоже наноматериалы. В медицине пытаются делать новые носители лекарств, разрабатывают сорбенты, мембранами пытаются фильтровать кровь, плазму, вирусы,