Изучением свойств наноматериалов в рамках проведения фундаментально-поисковых и прикладных научно-исследовательских работ занимаются почти во всем мире, за исключением большинства стран Африки и некоторых стран Южной Америки. Наибольшие успехи получены в США, Японии, Франции. В нашей стране исследованиями в области нанотехнологий занимаются несколько десятков лет. По отдельным направлениям российские ученые занимают приоритетные позиции в мире. В частности, в области метрологии российское предприятие НТ МДТ имеет уникальный опыт создания сканирующих зондовых микроскопов, имеющих атомарное разрешение. Отличительной особенностью этих приборов является не только пассивное получение сверхмощного увеличения изображений нанодиапазона, но и возможность конструирования различных наноструктур методами литографии (вырезания) и молекулярно-лучевой эпитаксии (наращивания)
Развитие нанотехнологий в Российской Федерации является одним из приоритетных направлений науки и техники. Ускоренное развитие работ в области нанотехнологий и наноматериалов призвано обеспечить реализацию стратегических национальных приоритетов Российской Федерации, в т.ч. обеспечение национальной и экономической безопасности страны. Основной целью государства при решении данной проблемы должно стать создание и развитие научной, технической и технологической базы в области нанотехнологий и наноматериалов в Российской Федерации, обеспечивающей в т.ч., необходимый уровень обороноспособности и безопасности государства. При этом формирование наноиндустрии безопасности должно стать важнейшим стратегическим направлением, определяющим новые подходы к инновационному преобразованию отечественной промышленности.
Современные достижения в области наноматериалов и нанотехнологий открывают новые возможности для повышения в десятки раз тактико-технических характеристик систем безопасности и являются по своей сути инновационными, поскольку направлены на создание, главным образом, новой продукции, востребованной рынком систем безопасности. В ближайшие 3–10 лет наиболее перспективны следующие направления использования нанотехнологий в системах безопасности:
Новые средства и методы контроля и защиты документов от подделки, например на основе наноматериалов, микропечати, тонких электронных схем, бумаги с добавлением наночастиц, компактных устройств считывания данных.
Системы контроля доступа в помещения на основе наносенсоров, например считыватели отпечатков пальца, теплового рисунка вен руки или головы, геометрической формы руки в динамике.
Многофункциональные сенсоры «электронный нос» для обнаружения и идентификации сверхмалых количеств взрывчатых, наркотических и опасных веществ.
Более компактные, чуткие и информативные портативные и стационарные металлоискатели и детекторы движения на основе наносенсоров.
Распределенные массивы наносенсоров типа «умная пыль» для охраны границ и периметров объектов.
Магниторезонансные установки для точного анализа объемного содержания закрытых емкостей и грузов в аэропортах, на проходных, на таможне.
Примеры создания перспективных технических средств и систем безопасности на базе нанотехнологий и наноматериалов, имеющие высокую степень завершенности исследований:
Нанодатчики на различных физических принципах
туннельные датчики давления;
пассивные и активные радиочастотные датчики-идентификаторы с каналами наземной и космической связи;
интеллектуальные датчики «умная пыль»;
датчики сверхраннего обнаружения пожаров.
Нанодатчики на основе туннельного эффекта обладают сверхвысокой чувствительностью в диапазоне от 0,1 Гц до 200 кГц и могут быть использованы в системах сейсмо- и акустолокации, мониторинга и предсказания на сверхранней стадии прочностных характеристик инженерных и строительных объектов и т.д. Комплектация нанодатчиков давления состоит из следующих подсистем:
чувствительной части сейсмодатчика, датчика акустической эмиссии и т.п.;
системы регулирования величины туннельного зазора;
высокоточного аналого-цифрового преобразователя;
блока обработки сигналов.
Чувствительным элементом датчика является наносистема, состоящая из проводящей игры, выполненной с применением кремниевой микромеханики, сверхтонкой слоистой гофрированной мембраны и системы поддержания туннельного тока. Чувствительная и электронная часть сенсораизготавливаются на единой подложке групповым методом по технологии сверхбольших интегральных схем.
Антитеррористические средства, в т.ч. гиперспектральные наноанализаторы сверхнизких концентраций взрывчатых, наркотических и других запрещенных к распространению веществ.
На рис. 3 показана наносенсорная нейроподобная система «Электронный нос», включающая в себя блок оригинальных наносенсоров, аспирационную систему, систему записи регистрации сигналов и программное обеспечение распознавания обонятельных образов.
Принцип работы прибора заключается в измерении электропроводности набора химических сенсоров при их взаимодействии с парами летучих веществ. В результате адсорбции молекул исследуемого вещества электропроводность чувствительных материалов сенсоров увеличивается. Каждый сенсор не является строго селективным по отношению к какому-либо газу. Однако величина отклика каждого сенсора из набора на разные газы индивидуальна. Математическая обработка данных сенсорного массива позволяет сформировать уникальный химический образ анализируемого вещества. Сенсорный массив обычно включает от 8 до 30 элементов.
Системы контроля и управления доступа, паспортного и миграционного контроля, в т.ч.:
идентификационные документы и системы контроля и управления доступа на базе нанометок и нанопамяти, включая системы для идентификации лиц на основе получения, записи на защищенный носитель (нанопамять) и цифровой обработки трехмерного видеоизображения
замковые устройства для режимных помещений с уникальными электронными ключами – нанометками;
электронные заграничные паспорта второго поколения и миграционные удостоверения с нанопамятью 1–10 Гбайт
Технологии создания гетеромагнитных структур с использованием монокристаллических ферритовых микрорезонаторов в виде сфер, пленок различных топологий:
управляемые многофункциональные магнитодиоды Ганна и ЛПД в радиоволновом диапазоне;
магнитные антенны (распределенные системы датчиков с управляемой мобильной пространственной апертурой);
системы кодировки сигналов и сообщений; интеллектуальные микросистемы, нелинейные локаторы, распознающие образы и уровень организации (построения) радиоэлектронной системы;
портативные системы магнитовидения и магнитной томографии.
Особенность рассмотренных гетеромагнитных структур наноразмерных технологий — повышенная устойчивость к механико-климатическим воздействиям и воздействиям спецфакторов.
Технологии получения и нанесения нанокомпозитных многофункциональных защитных покрытий на конструктивные элементы технических средств и систем безопасностиОсновные характеристики покрытий: увеличенный в 2–4 раза срок службы конструктивных элементов систем безопасности в условиях воздействия агрессивных химических кислотно-щелочных сред, а также повышенной влажности и соляного тумана, повышенная до 20 дБ помехозащищенность систем безопасности в условиях воздействия повышенных электромагнитных помех и радиационного фона существенно превосходят аналоги.
Для технологического обеспечения выпуска, контроля нанопродукции, метрологического обеспечения и испытания наносистем безопасности необходимо создать инфраструктуру с оснащением нанотехнологическим оборудованиемВ настоящее время сформирована федеральная целевая программа «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2007–2010 годы».В настоящее время в нашей стране сформированы кооперации соисполнителей, способные в кратчайшие сроки реализовать проекты по созданию перспективных систем безопасности. Дело за инвестированием инновационных проектов. И здесь роль государства, как никогда, велика. Поддерживая инновационные нанотехнологии, государство открывает тем самым путь венчурным инвесторам, которые весьма осторожно относятся к финансированию проектов, находящихся на ранней стадии коммерциализации, каковыми являются системы безопасности с использованием нанотехнологий.
Несомненно, за нанотехнологиями, в т.ч. в системах безопасности, — будущее. Важно здесь не опоздать. А для этого необходимо сосредоточить усилия на приоритетных направлениях: здравоохранении, экологии, безопасности. Для успешного развития работ по нанотехнологиям в индустрии безопасности ежегодные затраты на проведение НИОКР должны составлять в ближайшие годы 2,5-3 млрд рублей, в т.ч. из средств федерального бюджета 1–1,5 млрд рублей.
Нужно выявлять инновационные проекты, находящиеся на высокой ступени завершенности, выделять их в отдельный бизнес с привлечением государственных и частных инвестиций. Необходимо совершенствовать нормативно-правовую базу по созданию инновационных частно-государственных структур с современными организационно- правовыми формами, ориентированных на выполнение конкретного проекта и обеспечивающих комплексную оптимизацию выполняемых проектов по стоимости, материальным ресурсам, времени, рискам, составу привлекаемых для реализации проекта ведущих специалистов, а также применение современных методов организации работ project management, соответствующих международным стандартам.
Подобные структуры частно-государственного партнерства позволят существенно ускорить коммерциализацию инновационных проектов, повысить качество жизни людей, национальную безопасность и обеспечить высокие темпы экономического роста.
www.rusnanonet.ru
