На чтение: ≈ 9 мин.Фуллерены – это принципиально новая форма углерода, синтезированная человеком. Раньше были известны и применялись только две природные формы химически чистого углерода – алмаз и графит. Фуллерены представляют собой полые структуры, замкнутая поверхность которых образована правильными многоугольниками – пятиугольниками и шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы. Самый яркий представитель класса фуллеренов – фуллерен из шестидесяти атомов углерода. Он похож на футбольный мяч, в узлах покрышки которого расположены атомы углерода, но диаметр этого мяча составляют миллиардные доли метра.
C 1994 по 2004 год направление «Фуллерены и атомные кластеры» являлось одним из направлений государственных научных программ России. В нем участвовали ученые основных российских научных центров. Своевременная государственная поддержка привела к тому, что за десять прошедших лет было создано целое научное сообщество – признанные во всем мире коллективы исследователей из а, Москвы, Черноголовки, Нижнего Новгорода, Новосибирска, работающие в академических и вузовских научных центрах.
Впервые фуллерены были экспериментально обнаружены в 1985 году. За это открытие Гарольд Крото (Англия), Ричард Смолли и Роберт Керл (США) удостоены Нобелевской премии по химии в 1996 году.
На фуллеренах удивительные открытия новых полых углеродных конструкций не завершились. В 1991 году японец Суоми Иижима обнаружил существование нанотрубок – полых цилиндров, – поверхность которых образована гексогональными ячейками из атомов углерода. Годом позже швейцарец Угарте обнаружил существование углеродных матрешек – вложенных друг в друга сфероидальных структур из тех же атомов углерода – фуллерен в фуллерене. Вскоре были синтезированы еще более удивительные структуры, в которых внутри углеродных мячиков были помещены атомы других веществ. Совсем недавно удалось получить углеродные стручки: внутри углеродных трубок помещены углеродные «горошины» – фуллерены. Лидерами в области технологий и исследований этих удивительных структур оказались японские группы Иижимы и Шинохары.
За пятнадцать лет научных исследований было открыто множество перспективных направлений для применения фуллеренов в промышленности: биоинженерия и медицина, создание новых материалов – проводящих полимеров, легких магнитных материалов, сверхтвердых материалов – конкурентов алмаза, молекулярная электроника. Более подробно о направлениях, которыми занимаются российские ученые, рассказал кандидат физико-математических наук директор центра перспективных исследований Санкт-Петербургского государственного политехнического университета Сергей Васильевич Козырев.
– Открытия наноформ углерода позволили задуматься о нанотехнологиях, которые были бы совместимы с живыми системами. Мы знаем, что галий-арсенит, кремний широко используются в технике, однако не способны быть основным строительным элементом живой системы. Природа для этого выбрала углерод за одну из его уникальных способностей – образовывать самые разные конструкции: алмаз, который заполняет весь объем, графитовая плоскость, которая заполняет всю плоскость, наноформы, заполняющие какие-то поверхности. Другими словами, фуллерен оказался архитектурным элементом природы. Одно из перспективных направлений исследований – как совместить технические системы с живыми организмами, как создать системы, которые имплантированы в живые организмы и в какой-то мере интегрированы живыми системами. Это направление в нанотехнологиях называется биотехнологией, нанобионикой. Оно обрело второе дыхание после открытия наноформ углерода. Несмотря на то, что сами наноформы были открыты порядка четырнадцати лет назад, наибольшие возможности направление обрело за последние годы, особенно это касается создания гибридных систем из, скажем, наноформ углерода, фуллеренов и биомолекул, например ДНК.
– Расскажите, пожалуйста, о разработках российских ученых.
– Мы занимаемся вещами, связанными с исследованием биологической активности фуллеренов. Также ведутся исследования по использованию нанотрубок для дисплеев. Это как бы возвращение к вакуумной электронике, но уже на другом уровне. Вместе с производственниками исследуются возможности по синтезу алмаза с использованием фуллеренов. Одно из интереснейших направлений – исследования на стыке нано- и биотехнологий. Если вы увлекаетесь фантастикой, то вам должно быть известно понятие «модернизированного человека».
– Биоробота?
– Не совсем так. Фантасты мечтают: вы поздоровались с кем-то за руку, и в ту же секунду человек получил какую-то информацию о вас от вас. Сейчас информация вынесена за пределы человека: компьютер – выносная память, стоит на столе. А можно помечтать и представить степень миниатюризации этой памяти размером, к примеру, клипсы или некого имплантанта. Настоящая техника должна быть незаметной. Это изменение интерфейса взаимодействия человека с информационными потоками является направлением будущего. Вы можете быть на природе и одновременно коммутировать со всеми информационными потоками в мире, хотя на вас нет аппаратуры и вы не таскаете с собой столик с компьютером.
– Наверное, информация, которой я делюсь через рукопожатие, должна быть какой-то определенной? А иначе человек может узнать обо мне то, чего я не желаю ему рассказывать.
– Разумеется, это этические аспекты, и они очень важны. Информация должна быть скорее деловой, чем личной. Опять же пример из фантастики: капитан корабля здоровается за руку с человеком, заказывающим перевезти какой-то груз, и тут же считывает всю информацию об этом грузе. Но это пока достижения писателей-фантастов, до реального воплощения пройдут годы.
Справка
C 1994 по 2004 год направление «Фуллерены и атомные кластеры» являлось одним из направлений государственных научных программ России. В нем участвовали ученые основных российских научных центров. Своевременная государственная поддержка привела к тому, что за десять прошедших лет было создано целое научное сообщество – признанные во всем мире коллективы исследователей из Санкт-Петербурга, Москвы, Черноголовки, Нижнего Новгорода, Новосибирска, работающие в академических и вузовских научных центрах.
Накопленные за пятнадцать лет научные результаты позволяют во всем мире начать переход от фундаментальных научных исследований к практическому применению фуллеренов в промышленности. Первыми такой подход начали осуществлять в Японии, где корпорация «Мицубиси» совместно с компанией МЕР США в 1999 году создала специальную компанию для производства фуллеренов и нанотруб в промышленных масштабах. За два года эта компания довела производство фуллеренов до 400 килограммов, а к 2007 году планирует увеличить его до 1500 тонн с уменьшением стоимости в 10 раз.
Выбор читателей
Комментарии