Нанотехнологии: история и развитие

1. Введение

    Растущую  значимость  нанотехнологий  каждый  человек чувствует по публикациям  в научной или популярной литературе, по информации в Интернете и в средствах массовой информации. Подтверждением значения и роли    НТ в развитии общества может служить ежегодный рост публикаций по этой проблематике, числа заявок на патенты, распределения финансирования на эти темы и т. п. В качестве еще одного аргумента можно привести интенсивно развивающиеся дискуссии по научным и политическим аспектам НТ, которые свидетельствуют о стремлении общественности приобщиться к исследовательской деятельности в этой области. Дискуссии происходят в региональных, национальных и международных масштабах, так что становится очевидным, что в этой проблеме мы, вероятно, имеем дело с техническими и экономическими процессами глобального масштаба, которые (по оценкам многих экспертов) могут перерасти в еще одну промышленную революцию.

    Термин  «промышленная революция», впервые  сформулированный  социальным  реформатором  Фридрихом  Энгельсом, подразумевает в узком смысле этого слова индустриализацию Великобритании в период примерно между 1750 и 1850 гг., в результате чего возникло то, что сейчас называется промышленным капитализмом. Развитие техники (особенно в сфере механизации  производства)  за  этот  период  привело  к  полному техническому,  экономическому  и  общественному  изменению социальной систем, конечным результатом чего стали огромные перемены в экономике, технике, социальной структуре,  стиле  жизни,  политической  системе  и  даже  изменение общего ландшафта стран, вовлеченных в указанный процесс. Другими известными последствиями промышленной революции  стали  более  гуманные  условия  труда,  устранение массовой бедности, ускорение технологических, экономических и социальных изменений, возрастание «аккумуляции» капитала и рост предложений на рынке труда. Некоторые аспекты этого процесса и сегодня представляются чрезвычайно актуальными, особенно с точки зрения дальнейших последствий технического и экономического развития.

     Второй промышленной революцией часто называют внедрение автоматизации в промышленные процессы, которое произошло в начале 20-го века (K nig, 1992). Даже те, кто считает понятие «промышленная революция» давно утратившим свой первоначальный смысл, не могут отрицать, что автоматизация производства действительно привела к глобальным и до сих пор заметным переменам в существующем обществе. Третьей промышленной революцией некоторые социологи называют внедрение в производство процессоров, начавшееся с середины 20-го века. Такое сравнение НТ с перечисленными выше промышленными преобразованиями, послужившими основой глобальных изменений во всех сферах жизни, еще глубже подчеркивает невероятный потенциал развития новых технологий.

    Легко заметить, что любые дискуссии  по проблеме  НТ в кругах экспертов (особенно при рассмотрении общественно-политических  вопросов)  отличаются  удивительной  широтой  обсуждаемых тем и понятий. Почти всегда эти многочисленные обсуждения быстро переходят от рассмотрения каких-либо последних достижений в области НТ к практическим возможностям их использования. Эксперты любят обсуждать глобальные применения, которые потенциально обещают охватить все сферы жизнедеятельности, а также потенциальные риски, связанные с техническими преобразованиями. Забавно, что связанные с НТ серьезные ученые часто предлагают весьма смелые и фантастические проекты, в свете которых все измышления журналистов, писателей-фантастов и дилетантов представляются упрощенными       и  приземленными        (образно    говоря,    наука    сейчас обгоняет фантастику).

    Серьезное знакомство с основами, стратегией развития и областями возможного применения НТ сейчас приобретает особое значение по двум основным причинам. Во-первых, такое знакомство служит предпосылкой для компетентной оценки потенциала НТ в области промышленного применения с технической и макроэкономической перспективы, а, во-вторых, оно необходимо самым разным специалистам для оценки возможных изменений в различных сферах общественной жизни (например, в медицине, использовании природных ресурсов, образовании и т. п.).

    Нанотехнология  в последние годы стала очень  популярна в академических кругах, а также в высших учебных заведениях, что можно объяснить неожиданно возникшей острой потребностью в квалифицированных кадрах. Наряду  со специально созданными      и   дополнительными         учебными      курсами,     спешно создаются новые учебники и программы обучения или совершенствования персонала. В высших учебных заведениях Германии и других развитых стран уже создан целый ряд новых учебных курсов и факультативных курсов лекций по различным направлениям НТ. Большинство новых учебных пособий пытается отобразить разнообразие идей НТ и различные научно-технические особенности отдельных областей НТ, от электроники до молекулярной медицины, однако для фундаментального понимания новой науки гораздо важнее знание междисциплинарных основ, объединяющих  область  исследований  НТ,  независимо  от  конкретного  применения.  В  мировой  науке  наблюдается  новое  и очень интересное явление — проведение междисциплинарных исследований на основе срастающихся и взаимно дополняющих друг друга наук и технологий, в результате чего неожиданно появляются новые продукты и методы. Этот феномен даже получил специальное название слияния или сходимости  технологий.

    При любой системе оценок и определений, следует признать, что нанотехнология (НТ) представляет собой чрезвычайно важное направление научно-технического развития вообще. Общественные дискуссии о НТ обычно проводятся людьми, не имеющими специальных знаний, а точный прогноз возможностей развития новой науки представляется проблематичным даже для экспертов. Нанотехнология системно связана с множеством научных дисциплин и уже существующих технологий, и эта специфика отражается как на процессе обучения, так и изучении структур и явлений на нанометрическом уровне. 
 
 

2. История нанотехнологий.

    Тот факт, что достаточно мелкие частицы  различных веществ обладают свойствами, зачастую совершенно не похожими на свойства этих веществ в объемной фазе, был известен (во всяком случае, эмпирически) ученым и технологам очень давно. Известно, что еще древние римляне применяли сверхмалые частицы золота или серебра и золота для того, чтобы придавать бокалам и другим стеклянным изделиям особо характерную окраску (например, таким способом изготавливались знаменитые римские рубиновые кубки).

   Не  вдаваясь в детали производства, отметим, что эффект достигался введением в материал наночастиц благородного металла, что и придавало стеклу необычные оптические свойства. Стоит подчеркнуть, что в данном случае мы не можем говорить о НТ в строгом смысле этого понятия, поскольку процесс осуществлялся древними стеклодувами неосознанно, без четкого представления о реальных связях между величиной частиц и эффектом рассеивания света. Можно привести много других примеров такого практического использования наносистем, не основанного на строгих определениях и знаниях. Например, коллоидные суспензии, т. е. системы с частицами меньше микрометра в жидкой среде, известны уже десятки лет, не говоря уже о многих фармацевтических препаратах, в которых наночастицы выступают носителями лекарственных препаратов, и т. д.

   Вот еще один пример «нанотехнологий» в  истории. В уникальном музее художественной керамики, размещенном в небольшом итальянском городе Фаенца, посетители могут любоваться экспонатами, украшенными цветной глазурью, технология которой была разработана гончарами Умбрии еще в XV веке и использовала отражающую способность ультрадисперсных металличе ских частиц для придания керамике необычного блеска. 

   «Дедушкой»  нанотехнологий можно считать Демокрита. Именно он в 400 г. до н. э. первым определил понятие мельчайший частицы вещества – атома, что в переводе с греческого означает «неделимый». В широко известном произведении русского писателя Н. Лескова «Левша» (1881 год) есть любопытный фрагмент: «Если бы, — говорит, — был лучше мелкоскоп, который в пять миллионов увеличивает, так вы изволили бы, — говорит, — увидать, что на каждой подковинке мастерово имя выставлено: какой русский мастер ту подковку делал». (Н. Лесков «Левша») Увеличение в 5 000 000 раз обеспечивают современные электронные и атомно-силовые микроскопы, считающиеся основными инструментами нанотехнологий. Таким образом, литературного героя Левшу можно считать прародителем «нанотехнологов».

   Появлению термина «нанотехнология» предшествовали различные открытия. Первые предположения о возможности исследования объектов на атомном уровне можно встретить в книге "Opticks" Исаака Ньютона, вышедшей в 1704 году. В книге Ньютон выражает надежду, что микроскопы будущего когда-нибудь смогут исследовать "тайны корпускул".¹

   В 1905 г. шведский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказывал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр.

     В 1931 г. немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты, в том числе  и вирусов.

   В 1952 г. советские ученые Л. В. Радушкевич и В.М. Лукьянович обнаружили первый наноматериал. Это были широко известные теперь нанотрубки – они возникали в саже углеродных  электродуговых свечей. Диаметр одномерных наноскопических объектов, как их назвали первооткрыватели, составил около 100 нм. Однако открытие осталось незамеченным. Всемирная слава нанотрубок в 1991 году, после публикации статьи японского исследователя Сумио Иидзимы. Углеродные нанотрубки представляют собой слой атомов, подобный листу бумаги. Если же взять 60, 70 и более атомов углерода, то получим структуру фуллерен. Классический фуллерен из 60 атомов получил Ричард Смолли в 1980-х гг.

   Строго  говоря, истинным предвестником НТ сегодня следует считать знаменитого американского физика и лауреата Нобелевской премии Ричарда Фейнмана, который достаточно подробно рассмотрел последствия безграничной миниатюризации с позиций теоретической физики в своем известном выступлении «Там внизу много места» перед американским физическим обществом в декабре 1959 г. (Feynman, 1959). Фейнман с очень общей точки зрения проанализировал возможности изменения масштабов электромеханических приборов, электрических схем и проблему записи, сжатия и сохранения информации. Если говорить о конкретных его идеях, то Ричард Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы, при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам.

   Идеи  Фейнмана казались слушателям фантастическими, поскольку практическая реализация предлагаемых им устройств и механизмов считалась проблемой далекого будущего или вообще невозможной. Сегодня мы убеждаемся, что идеи великого физика оказались вполне реалистичными, а многие из них уже воплощены в математических расчетах и практических применениях.

   При этом сам Фейнман не пользовался  термином «нанотехнология», поскольку это понятие было введено в обиход позднее (1974) японцем Норио Таяигучи. Долгое время термин не получал широкого распространения среди специалистов, работавших в связанных областях, так как Танигучи использовал понятие нано- только для обозначения точности обработки поверхностей, например, в технологиях, позволяющих контролировать шероховатости поверхности материалов на уровне меньше микрометра и т. п. В 1968 году Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нанотехнологии при обработке поверхностей. И Н. Таяигучи именно в результате этих разработок вывел понятие «нанотехнология».

   В 1986 году вышла книга Эрика Дрекслера  «Машины созидания: наступление эры нанотехнологий». В ней автор изложил идею молекулярных машин, способных к воспроизводству. Он утверждал, что эти машины – нанороботы, - выйдя из-под контроля, смогут настолько быстро размножаться, что из «машин созидания» превратятся в «машины уничтожения» и поглотят всю биомассу Земли. (Такая субстанция из обезумевших наномашин получила название «серая слизь»). Эта книга и последовавшая за ней дискуссия, в которой приняли участие крупнейшие ученые, буквально ошеломила общество. Благодаря этому нанотехнологии оказались в центре всеобщего внимания.

   Прогнозы  Дрекслера сегодня считают фантастикой. Но задачи, о которых он писал  – самосборка наноструктур, производство на молекулярном уровне, медицинские  манипуляции на наномасштабах –  остаются на переднем крае исследований. И кто знает, может быть реалистичные нанотехнологии сегодняшнего дня приведут к еще более фантастическим достижениям, чем те, которые могли предвидеть визионеры в прошлом веке.

   В основе же самой нанотехнологии как интегральной новой науки лежат два изобретения конца XX столетия.

   Первым моментом в истории НТ стало изобретение растрового туннельного микроскопа в конце 1981 года, так как этот прибор впервые позволил получить изображения отдельных атомов, а не их упорядоченных скоплений. Нобелевскую премию в области физики за изобретение этого ценного прибора получили Герд Бинниг и Гейнрих Рорер из исследовательской лаборатории фирмы IBM в Рюшликоне. Важность их открытия заключается в том, что оно затем привело к созданию целой серии приборов, позволяющих анализировать поведение вещества на молекулярном и атомном уровне, а еще позднее на этой основе реализовались возможности управления поведением атомов и молекул . С другой стороны, простота и удобство этих приборов привели к их очень быстрому распространению, так что сегодня невозможно себе представить исследования, разработки и производство в НТ без атомарных микроскопов, ставших стандартным оборудованием многих лабораторий. Можно было бы привести еще несколько важных дат в истории НТ, однако необходимо подчеркнуть, что эта история сложилась из множества параллельно протекавших и непрерывных разработок в различных областях науки и техники. В частности, НТ возникла из сочетания множества технологий, связанных с микроскопическими исследованиями и анализом состояния поверхностей различных веществ в микроэлектронике. В основу НТ столь же органично вошли аналитические и методические разработки супрамолекулярной химии и биохимии вообще. Развитие НТ подразумевает также невероятный рост возможностей теоретического моделирования вообще (и наносистем, в частности), благодаря невиданному росту вычислительной мощности компьютеров, связанному с возможностями удивительной миниатюризации. С другой стороны,  НТ предполагает целенаправленное и междисциплинарное использование множества новейших математических методов для описания, использования или изготовления нанометрических систем.

   Вторым  основным моментом для развития НТ является открытие Г. Бининга в 1986 г. – создание атомно-силового микроскопа, которому удалось не только «увидеть» отдельные атомы, но и «проманипулировать ими». Уже тогда Г. Бининг и Г. Рорер предсказали, что «те компании, которые начнут выпускать продукты на основе нанотехнологий, будут иметь экономические перспективы, т.к. размеры и объемы таких производств не могут быть крупными, а само производство дорогим».

   В 1998 г. голландский физик Сеез Деккер создал транзистор на основе нанотехнологий.

   В 1999 году американские физики Джеймс Тур и Марк Рид определили, что отдельная молекула способна вести себя также, как молекулярные цепочки.

   В 2000 г. администрация США поддержала создание Национальной Инициативы в Области Нанотехнологии. Нанотехнологические исследования получили государственное финансирование.

   В России подобное образование появилось  в 2004 году. «Концепции развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года» определила термин «нанотехнология» и осуществила постановку задач развития данной отрасли.

   Дальнейшие  этапы развития нанотехнологий представляют собой развитие, совершенствование уже существующих и изобретение новых нанотехнологий.

   Хотелось  бы отдельно отметить развитие нанотехнологий в России. В августе 2009 года была утверждена «Концепция образовательной деятельности Государственной Корпорации «Роснанотех»». Данная концепция направлена на создание квалифицированных кадровых ресурсов. Совместно со «Стратегией развития наноиндустрии» (2007 г.) данная концепция создает комплекс образовательных учреждений для обучения специалистов НТ и поддерживает и совершенствует уже имеющиеся учебно-научные комплексы. В начале 2008 года приняты еще две крупные программы – «Программа развития наноиндустрии в Российской Федерации до 20015 года» и федеральная целевая программа «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации в 2008-2010 гг.» Большую роль играю нанонаука и нанотехнологии в принятой в 2008 году правительством Российской Федерации «Программе фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008-20012 годы». На данный момент в рамках «Концепции развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года» (2004 г.) формируются научные центры для научно-исследовательской деятельности, системы подготовки и переподготовки специалистов, разрабатываются концепции развития нанотехнологий в России и другое.

   На  сегодняшний день можно смело  утверждать, что российские нанотехнологии занимают все более устойчивые позиции на международной арене, подтверждением тому служит перечисленный комплекс нормативных документов, концепций развития и деятельности отрасли, потдверждающих и утверждающих позиции российской наноиндустрии в мире. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Определение нанотехнологий и терминология.

    Что же такое нанотехнологии? Для начала следует подчеркнуть, что термин «технология» в рассматриваемом  случае следует воспринимать в значении «учение о мастерстве», комплекс знаний, а не относить его лишь к некоторым техническим процедурам. Префикс нано- является заимствованием из греческого языка, где nanos означает «карлик». Подобно аналогичным префиксам, заимствованным из греческого или латыни, частица "нано" применяется для обозначения определенной доли (фракции) физических величин.

    В данном случае речь идет об одной миллиардной  части (10^-9 = 0, 000 000 001) какой-либо величины, что позволяет вводить, например, нанолитр ( = 10^-9 литра), наносекунду (1 нм) или нанометр (1 нм = одной миллиардной метра, одной миллионной миллиметра или одной тысячной микрометра). Введение таких дополнительных мер длины играет особую роль для определения нанотехнологий, однако нанотехнологии нельзя упрощенно связывать лишь с масштабами объектов.

    Как представить себе такую короткую дистанцию? Проще всего это сделать  с помощью денег: нанометр и метр соотносятся по масштабу как копеечная монета и земной шар (кстати, если каждый житель Земли даст по монетке, этого вполне хватит, чтобы выложить цепочку вокруг экватора – даже при том, что некоторые, как обычно, пожадничают).

    Уменьшим  слона до размера микроба (5000 нм) – тогда блоха у него на спине  станет величиной как раз в  нанометр. Если бы рост человека вдруг уменьшился до нанометра, мы могли бы играть в футбол отдельными атомами! Толщина листа бумаги казалось бы нам тогда равной… 170 километрам.

    Конечно, это только фантазии. Таких крошечных  человечков и даже насекомых на свете быть не может. Нанометрами измеряются лишь самые примитивные существа, вирусы (их длина в среднем 100 нм). Живая природа заканчивается на рубеже примерно в десять нанометров – такие размеры имеют сложные молекулы белков, строительные блоки живого. Простые молекулы в десятки раз меньше. Величина атомов – несколько ангстрем (один ангстрем равен 0,1 нм). Например, диаметр атома кислорода – 0,14 нм.

    Здесь проходит нижняя граница наномира, мира наномасштабов. Именно в наномире идут процессы фундаментальной важности – совершаются химические реакции, выстраивается строгая геометрия кристаллов, структуры белков. С этими процессами и работают нанотехнологи.

    Можно оценить сложность проблемы, если вспомнить из курса физики, что для достаточно малых систем функциональные свойства материалов или их отдельных компонентов начинают зависеть от размеров объектов. Речь идет о том, что основные характеристики вещества как целого, обычно рассматриваемые в качестве постоянных (например, твердость, электрическая проводимость, цвет или химическая активность мелких частиц) для любого заданного материала, начинают зависеть от размера частиц. Этот эффект нельзя наблюдать в объемных материалах или у более крупных частиц: стальная булавочная головка имеет те же основные физические свойства (серебристый блеск, твердость, электропроводность и точку плавления), как и слиток стали того же сорта весом в 1 тонну. Обычно физико-химические свойства веществ не связаны с их размерами, но ситуация принципиально изменяется при переходе к нанообъектам и нановеществам. Например, миниатюрные полупроводниковые компоненты меньше некоторой критической величины ведут себя совсем не так, как их более крупные аналоги, так как электрические токи в таких объектах могут протекать только в некоторых изолированных областях, а значения тока могут возрастать при росте напряжения ступенчато, а не непрерывно.

    Нанотехнологии  – это способы создания наноразмерных  структур, которые придают материалам и устройствам полезные, а иногда просто необыкновенные свойства. Нанотехнология позволяет поместить частицу  лекарства в нанокапсулу и  точно нацелить на пораженную болезнью клетку, не повредив соседние. Фильтр, пронизанный бесчисленными нанометровыми  каналами, которые пропускают воду, но слишком тесны для примесей и микробов, тоже продукт нанотехнологий. В лабораториях нанотехнологов уже испытывают суперматериалы – углеродные волокна, в тысячи раз прочнее стали, покрытия, делающие предмет невидимым. А другие виды нанопродукции уже продаются в магазинах.

    Особенность нанотехнологий заключается в том, что рассматриваемые процессы и совершаемые действия происходят в нанометровом диапазоне пространственных размеров. “Сырьем” являются отдельные атомы, молекулы, молекулярные системы, а не привычные в традиционной технологии микронные или макроскопические объемы материала, содержащие, по крайней мере, миллиарды атомов и молекул. В отличие от традиционной технологии, для нанотехнологии характерен “индивидуальный” подход, при котором внешнее управление достигает отдельных атомов и молекул, что позволяет создавать из них как “бездефектные” материалы с принципиально новыми физико-химическими и биологическими свойствами, так и новые классы устройств с характерными нанометровыми размерами. Понятие нанотехнология еще не устоялось. По-видимому, можно придерживаться следующего рабочего определения.

    Нанотехнологией называется междисциплинарная область  науки, в которой изучаются закономерности физико-химических процессов в пространственных областях нанометровых размеров с целью  управления отдельными атомами, молекулами, молекулярными системами при создании новых молекул, наноструктур, наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами.

    В Техническом комитете ИСО/ТК 229 под нанотехнологиями подразумевается следующее:

• знание и управление процессами, как правило, в масштабе 1 нм, но не исключающее масштаб менее 100 нм, в одном или более измерениях, когда ввод в действие размерного эффекта (явления) приводит к возможности новых применений;
• использование свойств объектов и материалов в нанометровом масштабе, которые отличаются от свойств свободных атомов или молекул, а также от объемных свойств вещества, состоящего из этих атомов или молекул, для создания более совершенных материалов, приборов, систем, реализующих эти свойства.

    Согласно  «Концепции развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года» (2004 г.) нанотехнология определяется как совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.

    Этих кажущихся несколько абстрактными определениями (формулами), с одной стороны, вполне достаточно, чтобы упорядочить представления о различных областях применения нанотехнологий. С другой стороны, они исключает некоторые области применения инновационного характера, которые "незаконно" причисляются к нанотехнологиям. Особое значение имеет установление нанообласти в интервале 1-100 нм, так как именно в этой области размеров проявляется большинство абсолютно новых свойств любых объектов. Ниже этого предела находятся отдельные атомы или молекулы, а выше — микротехнологии. Путем ограничения в приведенном определении на два нанометровых измерения исключается возможность, что продуктом нанотхнологий назовут, например, просто очень тонкий слой на поверхности (толщиной несколько нм), хотя структурные компоненты этого слоя при соответствующих параметрах, несомненно, будут являться нанокомпонентами системы.

    Согласно  рекомендации 7-ой Международной конференции  по нанотехнологиям (Висбаден, 2004 г) выделяют следующие типы наноматериалов:

    – нанопористые структуры;

    – наночастицы, нанопорошки; (объекты, у которых три характеристических размера находятся в диапазоне до 100 нм)

    – нанотрубки и нановолокна; (объекты, у которых два характеристических размера находятся в диапазоне  до 100 нм)

    – нанодисперсии (коллоиды);

    – наноструктурированные поверхности  и пленки; (объекты, у которых один характеристический размер находится  в диапазоне до 100 нм)

    – нанокристаллы и нанокластеры.

    Последние представляют собой частицы упорядоченного строения размером от 1 до 5 нм, содержащие до 1000 атомов. Собственно наночастицы  диаметром от 5 до 100 нм состоят из 103-108 атомов. Нитевидные и пластинчатые частицы могут содержать гораздо больше атомов и иметь один или даже два линейных размера, превышающих пороговое значение, но их свойства остаются характерными для вещества в нанокристаллическом состоянии. Если наночастица имеет сложную форму и строение, то в качестве характеристического рассматривают не линейный размер частицы в целом, а размер ее структурного элемента. Такие частицы, как правило, называют наноструктурами, причем их линейные размеры могут значительно превышать 100 нм. В зависимости от того, какую преимущественную анизотропию имеют структурные элементы наноструктур, последние также подразделяют на одно-, двух- и трехмерные (нульмерные).

    Анализ  текущего состояния бурно развивающейся  области позволяет выделить в ней ряд важнейших направлений.

1. Молекулярный дизайн. Препарирование имеющихся молекул и синтез новых молекул в сильно неоднородных электромагнитных полях.
2. Материаловедение. Создание “бездефектных” высокопрочных материалов, материалов с высокой проводимостью.
3. Приборостроение. Создание сканирующих туннельных микроскопов, атомно-силовых микроскопов, магнитных силовых микроскопов, многоострийных систем для молекулярного дизайна, миниатюрных сверхчувствительных датчиков, нанороботов.
4. Электроника. Конструирование нанометровой элементной базы для ЭВМ следующего поколения, нанопроводов, транзисторов, выпрямителей, дисплеев, акустических систем.
5. Оптика. Создание нанолазеров. Синтез многоострийных систем с нанолазерами.
6. Гетерогенный катализ. Разработка катализаторов с наноструктурами для классов реакций селективного катализа.
7. Медицина. Проектирование наноинструментария для уничтожения вирусов, локального“ремонта” органов, высокоточной доставки доз лекарств в определенные места живого организма.
8. Трибология. Определение связи наноструктуры материалов и сил трения и использование этих знаний для изготовления перспективных пар трения.
9. Управляемые ядерные реакции. Наноускорители частиц, нестатистические ядерные реакции.