Перспективы развития нанотехнологий

Наиболее эффективно задачи «зеленой химии» могут быть решены при использовании достижений нанотехнологии. Прежде всего это касается основ химического производства, в которых требуется произвести существенные изменения.

Малоресурсность материалов при освоении наноуровня — важнейшая особенность происходящей научно-технической революции. В первую очередь это означает, что развитие земной цивилизации перестает зависеть от природных запасов нефти, газа, металлов и пр.

В этих условиях на первый план выходит умение высококвалифицированных специалистов использовать ничтожные запасы вещества. Как следствие, возникает конкуренция не только между богатыми ресурсами странами, такими как США, Россия, Европейский союз. На новом этапе развития цивилизации с ними на равных способны соперничать страны, которые сегодня являются ресурсозависимыми, — Китай, Япония, Индия, Корея и др. Впереди может оказаться тот, кто раньше внедрит в производство принципы нанохимической технологии.

Пример. Вот конкретный пример успешного применения нанотехнологии для замены известного с 1926 г. процесса получения этилового спирта. Группа исследователей из института Академии наук Китая осуществила синтез этилового спирта из этилена и воды внутри наиотрубки. Углеродная нанотрубка, имеющая внутри полость, в которой может разместиться многоатомная молекула, может служить миниатюрным химическим реактором. Преимущества такого подхода — возможность высокой концентрации реагентов и катализатора в ограниченном объеме, а также высокая степень изоляции участников синтеза от внешнего воздействия.

В качестве катализаторов использовались наночастицы родия Ш1 и марганца Мп с добавками лития 1л и железа Ее с диаметром частиц 1—2 нм. Катализаторы и вещества-реагенты вводились в полости многослойных углеродных нанотрубок, имеющих внутренний диаметр 4—8 нм и длину 250—500 нм. Выход этилового спирта при использовании такого реактора примерно в два раза превысил выход при использовании аналогичного катализатора, приготовленного на основе оксида кремния (1У) 8Ю₂.

Примером использования уникальных свойств нанопорошковых металлов является технология на основе нанокристаллического бериллия. Российские ученые разработали технологию получения металла со стопроцентно открытой пористостью (так называемый пенобериллий), который перспективен в качестве конструкционного материала в космических установках. Этот материал, плотность которого может быть в пять раз меньше, чем у воды, обладает достаточно высокой прочностью и может быть использован для изготовления несущих конструкций там, где каждый лишний грамм веса на счету. Кроме этого, на основе пенобериллия могут быть изготовлены космические зеркала с высоким альбедо в инфракрасной области спектра. А гидрид бериллия обладает максимальной удельной теплотворной способностью и может использоваться в твердых ракетных топливах для последних ступеней космических аппаратов для полетов в дальний космос, хотя эта перспектива его применения еще достаточно далека^[1].

Как утверждает эксперт Т. II. Вьюгина, по прогнозу ОАО «Роснано», сделанному на основе экспертной оценки стратегических направлений социально-экономического и инновационного развития, в качестве наиболее перспективных направлений технологических прорывов, способных оказать воздействие на экономику и общество в среднеи долгосрочной перспективе, отмечены следующие.

• 1. Использование нанотехнологий в каталитических процессах нефтепереработки.
• 2. Использование нанотехнологий в производстве углеродных волокон и продуктов на их основе.

• 3. Использование нанотехнологий в сфере очистки питьевой воды для населения.
• 4. Нанотехнологии и наноматериалы для развития атомного энергопромышленного комплекса.
• 5. Использование нанотехнологий для создания высокоэффективного обрабатывающего инструмента.
• 6. Использование нанотехнологий в производстве светодиодов.

Все шесть направлений в гой или иной степени связаны с нанохимическими технологиями.

Контрольные вопросы и задания

• 23.1. Что такое «нанообласть пространства»?
• 23.2. Чем отличается нанохимия от других разделов химии?
• 23.3. Каков принцип работы квантового компьютера?
• 23.4. Что такое квантовая точка и какие конкретные реализации этого объекта вы знаете?
• 23.5. Какие классы химических соединений используются в наномеханике для создания аналогов колеса?
• 23.6. Приведите примеры молекулярных объектов из графена.
• 23.7. Рассчитайте молекулярную массу колеса нанокара.
• 23.8. Какие нанотехнологические усовершенствования делают более эффективной работу литиевых химических источников тока?
• 23.9. Что такое мягкие химические технологии и какую роль играют нанотехнологии в их реализации?
• 23.10. Какие молекулы могут выполнять роль «зубьев» в наноразмерной шестеренчатой передаче?

• [1] Иванов В. Б., Семенов А. А. Космическое зеркало из бериллия // Редкие земли. 29.04.2014.1ШЬ: http://rareearth.ru/ru/pub/20 140 429/00690.html