Развитие рынка нанотрубок в России

Интерес к наноматериалам и нанотехнологиям в последние годы значительно вырос. В большинстве научных и учебных заведений РФ открываются новые направления исследований и подготовки специалистов в этой области. В ближайшее время начало преподавания основ нанотехнологий будет заложено в российских школах — на оборудование первых 25–30 школ Министерством образования РФ в ближайшее время планируется выделить порядка 75 — 120 млн. руб. В апреле стало известно об открытии крупного наноцентра по исследованию современных конструкционных материалов в ЦНИИ «Прометей» (г. Санкт-Петербург). И, наконец, в мае состоялось общее собрание Российской Академии наук, на котором были впервые проведены выборы академиков и членов-корреспондентов по отбору нано- и информационных технологий.

Одной из самых многообещающих нанотехнологий на сегодняшний день является технология углеродных нанотрубок — это одномерные организованные структуры на основе углерода, представляющие собой цилиндрические структуры с диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длинной несколько микрон.

Необычайно легкие и прочные трубки проводят электрический ток и тепло лучше всех прочих ныне известных материалов и уже нашли своё коммерческое применение. Использование углеродных нанотрубок для придания полимерам антистатических и проводящих свойств является мировой практикой и распространяется в таких отраслях, как электроника (технологические инструменты и оборудование, кассеты для полупроводниковых пластин, конвейерные ленты, объединительные блоки, оборудование для чистых комнат) и автомобильная промышленность (детали топливной системы и топливопроводы, внешние кузовные детали для электроокраски). Исключительная прочность углеродных нанотрубок имеет выгодное применение для создания различных видов спортивных товаров на основе композитных материалов из углеродных волокон и эпоксидных смол. Востребован наноуглерод и в медицине: так как обычный углерод – один из основных компонентов, который входит в состав живых тканей, углеродные нанотрубки – основа для создания биологически совместимых материалов. Разумеется, чтобы создать и опробовать лекарства, нужно время. Сейчас новые лекарства проходят испытания на мышах.

Число новых разработок на базе углеродных нанотрубок, в последнее время, растет прямо-таки в геометрической прогрессии, исследователи разрабатывают все новые применения УНТ в диапазоне от наноэлектроники до наномедицины и даже защитной брони для военного применения. Среди разработок 2008 года следующие:

• Работа Массачусетского университета по созданию высокочувствительного миниатюрного прибора, базирующегося на изменениях электрического давления в углеродной нанотрубке, который позволит определить химический состав воздуха. Его чувствительность будет чрезвычайно высока и для анализа будет хватать минимальных объёмов газовой смеси.
• Исследования Уорвикского университета по новому способу создания углеродных нанотрубок, благодаря которому сразу формируется готовая высокочувствительная микросхема. Им удалось сделать готовый диск с одностенными углеродными нанотрубками в качестве ультрамикроэлектродов. Нанотрубки расположены на диске таким образом, что образуют единую и завершённую микросхему, при этом они занимают менее одного процента диска, что позволяет использовать данные ультрамикроэлектроды для создания ультрачувствительных сенсоров.
• Работы по достижению направленного роста скоплений нанотрубок на кристаллической структуре кварцевой подложки, что позволит в будующем связывать «леса» идентичных нанотрубок в множественные сверхтонкие чипы, которые обрабатывают и передают информацию на наноуровне.
• Новый метод очистки углеродных нанотрубок от отложений аморфного углерода и других загрязняющих частиц посредством нагрева в условиях окисления.
• Бумага из углеродных нанотрубок, которая может как сужаться при растяжении в продольном направлении, так и расширяться при растяжении в поперечном направлении.
• Технология стандартизации пищевых продуктов, основанная на применении углеродных нанотрубок.
• Исследования Института Квантовой Электроники в Цюрихе, которые доказали испускание одиночного фотона углеродной однослойной нанотрубкой в процессе фотолюминесценции. Это явление может широко использоваться в устройствах, использующих квантовую передачу данных и существенно обезопасить её.
• Работы по усовершенствованию конструкции солнечных батарей на основе сенсибилизированных красителей при помощи замены диоксида титана и платины (которые применяются при производстве батарей) на углеродные нанотрубки. Данная технология увеличила выходную мощность, уменьшила тепловыделение (что даёт возможность использовать в качестве основы для батареи не только термостойские материалы) и существенно снизила стоимость конструкции, так как позволила отказаться от использования дорогой платиновой плёнки. В настоящее время учёные патентуют своё изобретение.
• Модель наномотора, приводимого в движение электронным ветром, основой которого является двухслойная углеродная нанотрубка с разрывом посередине.
• Метод восстановления хрящевой ткани посредством трансплантации в область повреждения синтетического матрикса с углеродными нанотрубками, обладащего свойствами привлекать в эту область хондрогенные (образующие хрящ) клетки. Планируется внедрить данную разработку в клиническую практику.
• Эксперименты, проведённые китайскими учёными из Университета науки и технологии провинции Хэбэй, в ходе которых было установлено, что углеродные нанотрубки могут использоваться для реализации процесса искусственного фотосинтеза, в качестве «накопителя» электронов, необходимых для создания сложных углеводородов. Искусственный фотосинтез мог бы оказаться полезным для производства водородного топлива и очистки атмосферы от парниковых газов.
• Сверхлёгкий актюатор на основе многослойных углеродных нанотрубок. Полоска из получившегося актюатора при подаче напряжения 10 В изгибается, создавая давление на упор в 1,8 МПа. Устройство работает в жидкой среде и может потенциально использоваться в лабораториях на чипе. Данное исследование является частью проекта NOESIS, связанного с разработкой новых полимеров и актюаторов для аэрокосмической промышленности. Полимер может использоваться в составе средств диагностики аэрокосмических материалов, как инструмент неинвазивной хирургии и в качестве наносенсора. 
• Компания Nantero разработала производственный процесс, позволяющий получать пленки длиной 20 см из углеродных нанотрубок, которые будут использоваться для производства коммерческих чипов энергонезависимой памяти (NRAM). Их выпуск освоен на заводе компании SVTC Technologies, уже получившей прототипы коммерческой продукции. Кроме того, компания говорит о том, что разработанные ей технологии позволяют наносить пленки нанотрубок на множество разновидностей подложек, используя для этого любое существующее CMOS-производство, а, следовательно, применять нанотрубки не только для NRAM, но также в дисплеях, тачскринах, солнечных батареях и MEMS-устройствах. При этом можно изменять толщину и плотность пленок, или даже делать их прозрачными для использования в дисплеях и тачскринах, применять для производства всех типов электронной бумаги и так называемой «электронной кожи». Кроме того, сейчас нанотрубки рассматриваются в качестве альтернативы медным интерконнектам в кремниевых чипах.  

Мировой рынок углеродных нанотрубок сейчас находится в стадии формирования, его активный раздел прогнозируется через 2–3 года. Аналитики считают, что к 2014 году объём рынка углеродных нанотрубок достигнет 2—3 млрд. долл. (что в приблизительно два раза выше современных показателей).

Лидерами на рынке углеродных нанотрубок являются Бельгия (Nanocyl S. A.), Франция (Nanoledge, CNRI, Arkema), Англия (Thomas Swan, Dynamics Lab.), Германия (Bayer), США (Carbon Nanotechnologies, Hyperion Catalysis, Ebay, NanoLab, CarboLex, MER, Tailored Materials Corp., SweNT), Китай (Shenzen Nanotech Port Co., Ltd. (NTP)) и Япония (Mitsui and Co.), Канада (Raymor Industries Inc.), Кипр (Rossetter Holdings Ltd.), Норвегия (n-TEC), Греция (Nanothinx).

В настоящее время компания Nanocomp Technologies начинает производство листов из углеродных нанотрубок размерами примерно метр на два метра, которые будут применяться в качестве электропроводников в самолетах и спутниках вместо медных проводов. Это поможет уменьшить вес аппарата и следовательно сэкономить топливо. Серийное производство ожидается к 2012 году.

Еврокомиссия одобрила выделение 46 млн. евро из бюджета Франции на инновационную программу «Дженезис», направленную на развитие новых наноматериалов на базе углеродных нанотрубок, которые впоследствии будут использоваться в различных областях производства. Программа рассчитана на пятилетний срок и реализуется консорциумом во главе с группой Arkema.

В России же существует значительный разрыв между высоким качеством проводимых исследований, созданных научно-технологических заделов и низким уровнем инфраструктуры наноиндустрии в стране. Низкая восприимчивость промышленности к разработкам в области нанотехнологий в условиях перехода экономики на инновационный путь развития является главным сдерживающим фактором. Частные инвесторы сейчас не готовы вкладывать средства в науку на долгий срок и без государственных инвестиций не получится внедрить нанотехнологии в массовое производство. Также проблемой, ввиду недостаточности опыта и развитости правовой базы, является отсутствие передаточного звена между научными исследованиями, средним и крупным бизнесом. В связи с этим, Президентом РФ ещё в 2007 году была выдвинута инициатива по стратегии развития наноиндустрии. Результатом её реализации стала программа развития наноиндустрии в России до конца 2015 года, одним из приоритетных направлений которой является создание собственного производства углеродных нанотрубок. Для реализации различных проектов в области нанотехнологий создана государственная корпорация »Роснанотех» и разработана «Стратегия развития нанотехнологической отрасли». В рамках данной стратегии в период с 2008 по 2012 год планируется выделить 6173,431 млн. руб. для проведения фундаментальных научных исследований наноматериалов. Распределение средств возложено на «Роснанотех», работающую под контролем правительства. При этом «Роснанотех» выведена из-под действия закона о банкротстве. Таким образом, созданы оптимальные условия для реализации нанопроектов. Процесс отбора конкурсных проектов для финансирования из уставного фонда «Роснанотех», который составляет - 130 млрд. руб., стартовал этой весной. В 2008 году Президент внёс предложение по изменению нескольких законов, которое позволит научным центрам учреждать малые предприятия для реализации их проектов, и потребовал ускорить процесс принятия законов о «О патентных поверенных» и «О передаче технологий».

Сейчас исследованием углеродных нанотрубок серьезно занимаются на химфаке МГУ, в институтах Академии наук в Черноголовке (Институте физики твердого тела, Институте проблем химической физики), в Тамбовском государственном техническом университете, в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе (г. Санкт-Петербург), в ряде московских институтов РАН, в Институте катализа в Новосибирске. Успешно работают коллективы в Нижнем Новгороде, Красноярске и Казани.

Среди российских компаний, занимающихся производством углеродных нанотрубок, можно назвать следующие: «НТЦ «Гранат», ОАО «Тамбовский завод “Комсомолец“ им. Н. С. Артемова».

Конечно, до стран-лидеров России ещё очень далеко, но можно сказать, что начало положено.