Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

В настоящее время имеет место бурное развитие нанотехнологий в мире, современные нанотехнологии являются весьма затратными, а уровень развития нанотехнологий в Казахстане находится только на начальной стадии. Поэтому для выхода на современный уровень Казахстану необходимо найти свои ниши в этой отрасли и грамотно применять трансферт технологий в рамках крупных международных проектов. Научно-технические программы в области нанотехнологий должны быть направлены на освоение современных методов синтеза наноструктур, создание технологических комплексов синтеза и необходимой инфраструктуры, подготовку кадров, владеющих данной технологией, освоение современной технологической культуры, что позволит в дальнейшем создавать свои технологии в самых различных областях.

Современное развитие научно-технического прогресса, промышленности, сферы бизнеса и общества в целом выдвигает требования по подготовке качественно новых кадров с высоким уровнем знаний в предметной области, в полной мере владеющих новейшими достижениями передовых технологий [1-3]. Уже сегодня в образовании и науке ощущается нарастающая потребность в высококвалифицированных кадрах, владеющих теоретическими и прикладными аспектами нано-, био- и информационной технологии.

По инициативе Президента и Правительства РК для интеграции науки и высшего образования в регионах страны открыты 5 национальных, 15 университетских лабораторий по приоритетным направлениям научно-технологического развития.

По приоритетному направлению «Нанотехнологии и новые материалы» в 2007-2009 гг. выполнена научно-техническая программа «Развитие нанонауки и нанотехнологий в Республике Казахстан на 2007-2009 гг.». В ее реализации принимало участие 30 организаций различных ведомств, в том числе девять вузов. Ежегодная сумма финансирования Программы составляла порядка 1,5 млн. долларов.

Научно-технические исследования в области нанотехнологий и новых материалов направлены на достижение следующих результатов:

1. Получение информации о состоянии и возможностях научно-технического потенциала государства (существующих и потенциальных).
2. Определение нахождения казахстанского научно-технического потенциала относительно индустриально развитых стран.
3. Выявление приоритетных направлений фундаментальных и прикладных научных исследований с целью финансирования их из бюджета.
4. Определение секторов НИОКР, имеющих высокий потенциал в коммерциализации.
5. Определение приоритетов государственной научно-технической политики на среднесрочную и долгосрочную перспективы.
6. Разработка предложений по развитию научно-технического потенциала и механизмов внедрения их в производство.

Для выявления приоритетных направлений (п. 3-5) фундаментальных и прикладных научных исследований в Казахстане основное внимание уделено следующим критериям:

1. Наличие научно-исследовательских и опытно-промышленных работ в этой области.
2. Уровень технической оснащенности разработчиков.
3. Перспективы коммерческого внедрения разработок.
4. Привязанность к казахстанским сырьевым ресурсам.
5. Привязанность к традиционно сильным отраслям промышленности Казахстана.

На основе предварительного анализа имеющейся информации выделены следующие приоритетные направления в области развития нанотехнологий на ближайшие годы. В прилагаемой таблице приведены краткие сведения о необходимых видах сырья, способах получения наноматериалов, передовых зарубежных фирмах, работающих в этом направлении и наличии казахстанских разработок.

Таблица

Сведения о необходимых видах сырья и ожидаемые результаты по отраслям 

Начиная с 2003 года исследования по нанотехнологиям стали одним из приоритетов программы фундаментальных исследований, координируемых Министерством образования и науки Республики Казахстан. В стране имеются научные коллективы, выполняющие исследования и имеющие разработки в нанотехнологиях и смежных дисциплинах. Это исследования в области синтеза нанокластеров и наноструктур в полупроводниковых и металлических системах, разработки в области наноразмерных катализаторов, сенсорных наноструктурированных материалов и углеродных наноструктур. Существуют несколько проектов инновационных производств, готовых к реализации и включающих в себя нанотехнологические элементы. Это производство кремния через стадию получения и очистки силанов; производство катализаторов с металлосодержащими наноразмерными частицами активной фазы; производство газовых сенсоров с нанопористым чувствительным слоем. Эти разработки, защищены патентами, содержат технологические «ноу-хау» и обладают высоким экспортным потенциалом, что позволит достаточно быстро получить отдачу от организации производств, и даст дополнительный источник средств для развертывания исследовательских и инновационных проектов.

Подготовлен следующий этап Программы «Развитие нанонауки и нанотехнологий в Республике Казахстан на 2010-2012 гг.», целью которой является социально-экономическая и научно-техническая модернизация Республики Казахстан путем поддержки процесса освоения нанотехнологий, подготовки кадров, максимального приближения прикладной нанонауки к производству и бизнесу. В задачи Программы входят: разработка и использование нанотехнологий в горно-металлургическом комплексе; разработка наноматериалов и нанотехнологий для нового поколения систем энергосбережения, солнечной и водородной энергетики; разработка наноструктурированных биоматериалов для использования в медицине и сельском хозяйстве; разработка наноматериалов и нанотехнологий для развития элементной базы наноэлектроники, спинтроники и сенсорики; разработка и использование наноматериалов, нанокатализаторов и нанотехнологий в нефтегазовой и химической отраслях Казахстана; разработка методов и аппаратных средств для синтеза и анализа наноматериалов и наноструктур.

Значительную лепту в решение данной проблемы призваны внести новые национальные лаборатории открытого типа, в частности Национальная нанотехнологическая лаборатория на базе Казахского национального университета имени аль-Фараби и Физико-технического института, а также Национальная научная лаборатория коллективного пользования по направлению «Ядерные технологии и технологии возобновляемой энергетики» при Восточно-Казахстанском государственном университете имени С. Аманжолова. Эффективное достижение намеченных результатов потребует системного подхода к решению ряда задач при освоении нанотехнологий, основными из которых являются:

• координация работ в области создания и применения нанотехнологий, наноматериалов и наносистемной техники, в том числе через национальные лаборатории коллективного пользования;
• создание научно-технической и организационно-финансовой базы, позволяющей сохранить и развивать имеющийся в Казахстане задел в исследованиях и применении нанотехнологий;
• формирование инфраструктуры для организации эффективных фундаментальных исследований, поиска возможных применений их результатов, развития новых нанотехнологий и их быстрой коммерциализации;
• поддержка межотраслевого сотрудничества в области создания наноматериалов и развития нанотехнологий;
• разработка и внедрение новых подходов к обучению специалистов в области нанотехнологий.

11 сентября 2009 г., в ходе прошедшего в Оренбурге VI Форума межрегионального сотрудничества России и Казахстана, РОСНАНО и АО «Kazyna Capital Management» (дочерняя компания АО «Фонд национального благосостояния «Самрук-Казына») согласовали основные положения о создании Казахстанско-Российского венчурного фонда нанотехнологий. Деятельность Фонда будет направлена на стимулирование развития и внедрения нанотехнологий в экономике Республики Казахстан и Российской Федерации и на развитие инновационной активности частного капитала двух стран. Одним из основных принципов инвестиционной деятельности Фонда будет вложение в перспективные с точки зрения дальнейшего роста и получения высокой доходности на капитал инвесторов проектные компании, работающие в сфере наноиндустрии на территории Казахстана и России. Планируется, что Фонд будет зарегистрирован до конца 2009 года и приступит к активной деятельности в первой половине 2010 года. Его общая целевая капитализация составит 100 млн. долл., при этом первый вклад в него, сформированный на равно-пропорциональной основе за счет инвестиций АО «Kazyna Capital Management» и РОСНАНО, составит 50 млн. долл. Для управления ресурсами Фонда планируется привлечь профессиональную управляющую компанию, обладающую значительным опытом в области инвестирования в проекты в сфере высоких технологий.

Одним из крупных нанотехнологических центров в Казахстане по кадровому потенциалу и оснащенности уникальным оборудованием нанотехнологического направления является АО «Физико-технический институт» (АО ФТИ).

В рамках выполнения Программы «Развитие нанонауки и нанотехнологий в Республике Казахстан на 2007-2009 гг.» деятельность АО ФТИ в области наноматериалов и нанотехнологий направлены на:

• Разработку нанотехнологии эпитаксиального выращивания из металлорганических соединений (МОС-гидридной эпитаксии) высокоэффективных каскадных фотопреобразователей;
• Исследование свойств нанокластеров дефектов и примесей в кремнии и использование нанокластеров в качестве гетерирующих центров;
• Математический и компьютерный анализ структурных характеристик тонких пленок;
  Разработку новых материалов на основе эпитаксиальных пленок соединений А3В5 на кремниевых подложках для высокоэффективных преобразователей солнечной и тепловой энергии в электричество;
• Разработку стабильных квантово-размерных спиновых наноструктур для телепортации неравновесных когерентных квантовых состояний;
• Разработку технологии получения многослойных наноструктурированных защитных покрытий на основе алюминидов титана;
• Исследование наноразмерных пленок оксида цинка для создания датчиков физических величин;
  Разработку методов формирования кремний-углеродных пленок и нанокомпозитов на установке плазмо-химического осаждения AX5200-ECR и исследование их свойств;
• Синтез тонких (~130 нм) полупроводниковых пленок карбида кремния на кремнии методом ионной имплантации для микроэлектроники.
• Основные направления деятельности нанотехнологической лаборатории охватывают:
  нанокластеры и наноструктуры на поверхности и в объеме твердых тел;
• углеродные наноматериалы и покрытия с заданными структурой и свойствами;
• синтез и исследование наноразмерных сорбентов и нанокластерныех катализаторов широкого спектра действия;
• управление электрофизическими и химическими свойствами наноструктурированных пленок, металлов, композитов и полупроводников.

Национальная нанолаборатория открытого типа (ННЛОТ) в КазНУ имени аль-Фараби функционирует с 2008 г. Основной целью ННЛОТ является создание научно-технологической и образовательной инфраструктуры с международным участием для развития нанонауки, нанотехнологии и наноинженерии в Республике Казахстан до мирового уровня и максимального приближения прикладной нанонауки к производству и бизнесу; оказание услуг в проведении научных и конструкторско-проектных работ сторонним организациям и предприятиям как в Республике Казахстан, так и международным научно-образовательным центрам.

Основными научно-технологическими направлениями ННЛОТ являются:

В области физики и физического наноматериаловедения:

• разработка нанотехнологий получения гетерофазных аморфных алмазоподобных, низкокоординированных и полимерных материалов, содержащих металлические нанокластеры с нелинейными оптическими и электрическими свойствами;
• синтез бинарных полупроводниковых соединений и разработка многослойных наноразмерных систем на основе алмазоподобных материалов;
• развитие радиационных нанотехнологий с целью получения материалов с повышенной радиационной стойкостью;
• разработка твердотельных нанокластерных материалов для фотовольтаики и спинтроники;
• разработка криогенных нанотехнологий получения наноматериалов и изучения свойств таких материалов при низких температурах;
• разработка нанотехнологий получения псевдоморфных подложек и тонкопленочных гетероструктур на основе соединений А3В5;
• разработка нанокомпозиционных электролитических покрытий на основе металлов (хром, алюминий, кадмий, титан и железо);

В области химии и химического наноматериаловедения:

• разработка нанотехнологий получения сорбентов и нанотрубок, перспективных в области создания источников электрической энергии;
• развитие квантовохимических методов исследования наноструктур на основе углерода и кремния;
• разработка химических методов получения наноструктурированных полимер-металлических систем;
• разработка химической технологии получения углеродных наноструктурированных сорбентов и катализаторов;
• разработка химических методов получения наноструктурированных оксидных пленок (на примере диоксида титана и титанаты переходных элементов);
• развитие плазменных и плазмохимических методов получения наноматериалов.

В области бионанотехнологии:

• создание нанобиоструктур для применения в медицине, сельском хозяйстве и экологии, которая включает в себя разработки физико-химических основ образования молекулярных комплексов биологически активных веществ и лекарств с синтетическими и природными полимерами, а также биотранспортных систем для адресной доставки лекарственных средств. Кроме того, планируется создание новых бионанодеструкторов и нанобиосорбентов для решения экологических проблем.

В области численного моделирования и прогнозирования процессов в наноматериалах:

• теоретические исследования квантовых эффектов в наноразмерных структурах;
• разработка компьютерных и вычислительных технологий для моделирования и решения фундаментальных задач нанотехнологий;
• разработка фрактальных и мультифрактальных методов исследования механических, электрических, оптических свойств наноматериалов;
• проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию и внедрению новых наноматериалов и нанотехнологии;
• анализ и сертификация наноматериалов и нанотехнологии;
• развитие сотрудничества с ведущими университетами страны, другими научными и образовательными учреждениями и производственными предприятиями для подготовки и переподготовки специалистов в области перспективных материалов и технологий;
• развитие новых форм инновационной деятельности, научно-технического сотрудничества с научными, проектно-конструкторскими, технологическими организациями и промышленными предприятиями, фондами и другими структурами с целью совместного решения важнейших научно-технических и образовательных задач;
• расширение международного сотрудничества с учебными заведениями и фирмами зарубежных стран с целью расширения участия в мировой системе науки, производства и образования;
  развитие финансовой основы исследований и разработок за счет использования бюджетных и внебюджетных средств, инновационной деятельности;
• организация непрерывного многоуровневого (бакалавры, магистранты, докторанты PhD) образовательного процесса подготовки специалистов широкого профиля в области нанонауки, нанотехнологии и наноинженерии;
• выпуск и экспорт готовой новой продукции, которая сможет успешно конкурировать с зарубежными аналогами по эксплуатационным характеристикам;
• создание новых рабочих мест;
• подготовка и проведение международных и республиканских встреч, семинаров, симпозиумов и т.п.;
• выпуск специализированной литературы (научный журнал, методические и учебные пособия).

Создание ННЛОТ должно решить системную проблему отсутствия эффективных административных и рыночных механизмов организации непрерывного многоуровневого образовательного процесса и внедрения инноваций в области нанонауки, нанотехнологий и наноинженерии, стимулировать создание и развитие новых научных и общеобразовательных школ и наноиндустрии. Таким образом, на основе выше изложенного, в организуемой лаборатории помимо стандартных общепринятых нанотехнологических подходов будут развиты новые исследования в области нанотехнологии, получившие мировую известность под руководством ведущих ученых.

Национальная лаборатория по нанотехнологиям «Нанофаб» создана в 2008 году в Южно-Казахстанском государственном университете (г. Шымкент) для реализации государственной политики в сфере нанотехнологий, создания и развития инновационной инфраструктуры в сфере нанотехнологий, реализации проектов создания перспективных нанотехнологий и наноиндустрии, с целью формирования сектора казахстанских исследователей в наноиндустрии целом. В лаборатории планируется создать условия для ведущих ученых мира для проведения НИОКР и возможность готовить высококвалифицированных отечественных специалистов. В лаборатории планируется разработка прорывных проектов в области нанотехнологий на основе сырьевых ресурсов Казахстана. Лаборатория оснащена растровым электронным микроскопом японской фирмы JEOL, а также системой энергодисперсионного микроанализа и структурного анализа поликристаллических объектов производства Великобритании. Такой комплекс позволяет исследовать тонкую структуру органических и неорганических веществ на наноуровне.

Деятельность лаборатории инженерного профиля по горно-металлургическому и нефтегазовому сектору КазНТУ имени К.И. Сатпаева наряду с усилением материально-технической базы Университета направлена на подготовку высококвалифицированных инженерных кадров и разработку инновационных технологий в области наук о земле, металлургии, машиностроении, нефти и газа, экологии, био- и наноматериалов, информационных систем.

Региональная университетская лаборатория инженерного профиля «IРГЕТАС» по направлению: «Высокие технологии получения новых материалов на основе комплексного использования ресурсов горно-металлургической промышленности» при Восточно-Казахстанском университете им. Д. Серикбаева проводит исследования по природным наноматериалам, технологии извлечения природных углеродистых наночастиц, нанотехнологии вскрытия руд цветных и благородных металлов, нанопленкам и нанопокрытиям, нанотехнологиям получения технической керамики на основе соединений редких металлов и другие.

Лаборатория инженерного профиля - «Наноинженерные методы исследований», создана в Таразском государстсвенном университете планирует проведение комплекса исследований по созданию продуктов питания нового поколения повышенной пищевой ценности на основе использования наноструктурированных пищевых материалов; по разработке технологии получения нановолокна из сырья углеродосодержащего газа Амангельдинского месторождения; по совершенствованию технологии получения высокопрочных композиционных материалов на основе отходов промышленности; по разработке нано- и биотехнологий получения новых материалов для производства изделий текстильной и легкой промышленности на основе растительных и целлюлозных волокон; по разработке наноструктурированных покрытий для натуральных и искусственных кож с повышенными эксплуатационными свойствами.

Таким образом, в Казахстане имеются все предпосылки для развития нанотехнологий и разработки наноматериалов. Однако отсутствие высококвалифицированных специалистов, обслуживающих тот или иной тип оборудования пока не позволяет эксплуатировать в полную мощь. Особое внимание необходимо уделить подготовке ученых, технологов и организаторов производства в области нанотехнологий, а также разработке междисциплинарных учебных программ для соответствующих специальностей по естественным наукам и их приложениям в ведущих национальных университетах.

Для повышения эффективности и целенаправленности акцент следует сделать на развитии нанотехнологических разработок в приоритетных инновационных кластерах:

• в горно-металлургическом и ядерно-энергетическом комплексах ;
• в нанобиотехнологическом кластере;
• в экологически чистых и высокоэффективных системах солнечной и водородной энергетики, а также энергосбережения;
• в микро-, наноэлектронике и информационных технологиях;
• в нефтехимической и химической отраслях;
• в разработке методов и аппаратных средств для синтеза и анализа наноматериалов и наноструктур.

Целенаправленное и скоординированное проведение на базе имеющегося задела работ в области нанотехнологий должно стать основой создания и интеграции технологического комплекса Казахстана в международный рынок высоких технологий, надежного обеспечения конкурентоспособности отечественной продукции к 2020 г., т.е. в долгосрочной перспективе. Формирование и реализация активной государственной политики в области нанотехнологий позволит с высокой эффективностью использовать интеллектуальный и научно-технический потенциал страны в интересах развития науки, производства, образования и обеспечения национальной безопасности Казахстана.

Неоспоримым преимуществом государственного финансирования является возможность политического воздействия на характер исследований, то есть определения приоритетных направлений, включая исследования в области безопасности нанотехнологий, решения экологических проблем или создания медицинского оборудования. Воздействуя на направления нанотехнологических исследований, можно привести их в соответствие с ожиданиями общества и в результате получить положительный экономический эффект.

Можно не сомневаться, что в 21 веке нанотехнология будет оказывать все более возрастающее воздействие на экономическую и социальную жизнь всего человечества, что потребует от Казахстана принятия энергичных мер для развития исследований в этой области. Развитие нанотехнологии не сводится лишь к получению конкретных научных результатов или внедрению новых технологий. На самом деле, оно включает в себя решение многих побочных экономических и социальных задач и требует целостного системного подхода.

Список литературы

1. Мамраев Б.Б., Акимбаева А.М., Джусупов А.А., Малишевский Е.В. Форсайт информационно-коммуникационных технологий и связи в Республике Казахстан. - Усть-Каменогорск: Изд-во ВКГУ им. С. Аманжолова, 2009. - 127 с.
2. Akimbayeva A. Oversystem and challenges for Kazakhstan education in the light of key tendencies of the world educational systems development European Journal of natural history. 2009. - №6. - Р. 45-46.
3. Мамраев Б.Б., Акимбаева А.М. Роль высшей школы в формировании и развитии инновационной экономики. / Сб. материалов IV Международного форума «От науки к бизнесу» 2010. Санкт-Петербург, 13-15 мая. - С. 141-143