Общая характеристика наноструктур.

Свойства наноматериалов, в том числе эксплуатационные характеристики, во многом определяются их структурой.

По форме для металлических наноматериалов можно выделить следующие основные типы структур.

Фуллерены (рис. 1) - форма углерода, получившая название в честь архитектора Фуллера, проектировавшего дома-купола на основе пяти- и шестиугольных элементов. Фуллерены представляют полые симметричные структуры, замкнутая сферическая поверхность которых образована правильными многоугольниками из углеродных атомов.

Pиc. 1. Структура фуллеренов, составленных из пяти- и шестиугольных колец углерода. Число атомов С в фуллерене: 28 (а); 32 (б); 50 (в); 60 (г); 70 (д)

Первые фуллерены выделяли из конденсированных паров графита, получаемых при лазерном облучением твердых графитовых образцов. Фактически, это были следы вещества. Следующий важный шаг был сделан в 1990 году В. Кретчмером, Лэмбом, Д. Хаффманом и др., разработавшими метод получения граммовых количеств фуллеренов путем сжигания графитовых электродов в электрической дуге в атмосфере гелия при низких давлениях. В процессе эрозии анода на стенках камеры оседала сажа, содержащая некоторое количество фуллеренов. Довольно скоро удалось подобрать оптимальные параметры испарения электродов (давление, состав атмосферы, ток, диаметр электродов), при которых достигается наибольший выход фуллеренов, составляющий в среднем 3…42 % материала анода, что, в конечном счете, определяет высокую стоимость фуллеренов.

На первых порах все попытки экспериментаторов найти более дешевые и производительные способы получения граммовых количеств фуллеренов (сжигание углеводородов в пламени, химический синтез и др.) к успеху не привели и метод "дуги" долгое время оставался наиболее продуктивным (производительность около 1 г/час). Впоследствии, фирме Мицубиси удалось наладить промышленное производство фуллеренов методом сжигания углеводородов, но такие фуллерены содержат кислород и поэтому дуговой метод по-прежнему остается единственным подходящим методом получения чистых фуллеренов. Конденсированные системы, состоящие из молекул фуллеренов, называются фуллеритами.

Фуллерены существуют в природном виде (например, входят в состав минерала - шунгита) и получают искусственно в плазме дугового разряда.

Фуллерены в высокопрочном чугуне резко улучшают его свойства.

Разрабатываются композиционные порошковые материалы из фуллеренов, залитых жидкой сталью.

Углеродистые нанотрубки (УНТ) синтезируются в плазме дугового разряда вместе с фуллеренами (рис. 2).

Рис. 2. Синтезация углеродистых нанотрубок в плазме дугового разряда вместе с фуллеренами

Средний диаметр однослойных УНТ находится в пределах 1,2…1,4нм, а плотность в зависимости от угла скручивания (хиральности) изменяется от 1,33 до 1,40 г/см³.

Углеродные нанотрубки сочетают аномально высокие значения прочностных и упругих свойств - предел прочности на разрыв равен 30…100 ГПа (для сравнения, закаленная сталь 30ХГСА имеет σ_в = 1,1 ГПа).

Графен – монослой атомов углерода, был получен в октябре 2004 г. в Манчестерском университете. Его можно использовать как детектор молекул, позволяющий детектировать приход и уход единичных молекул. Графен обладает высокой подвижностью при комнатной температуре, благодаря чему решают проблему формирования запрещенной зоны в этом полуметалле. Графен считают перспективным материалом, которымзаменят кремний в интегральных микросхемах.

Графен является двумерным кристаллом, состоящим из одиночного слоя атомов углерода, собранных в гексагональную решетку (рис. 3). Его теоретическое исследование началось задолго до получения реальных образцов материала, поскольку из графена можно собрать трехмерный кристалл графита. Графен является базой для построения этого кристалла. Интерес к графену появился после открытия углеродистых нанотрубок, поскольку вся первоначальная теория строилась на простой модели нанотрубки как развертки цилиндра. Поэтому теория для графена в приложении к нанотрубкам хорошо поработана.

Рис. 3. Слои интеркалированного графита

Получение графена. Кусочки графена получают при механическом воздействии на высокоориентированный, пиролитический графит или киш-графит.Сначала тонкие слои графита помещают между липкими лентами и отщепляют раз за разом тонкие слои графита, пока не будет получен достаточно тонкий слой (среди многих пленок могут попадаться и однослойные, которые и представляют интерес). После отшелушивания скотч с тонкими пленками графита и графена прижимают к подложке окисленного кремния. При этом трудно получить пленку определенного размера и формы в фиксированных частях подложки (горизонтальные размеры пленок составляют обычно около 10 мкм). Найденные с помощью оптического микроскопа (они слабо видны при толщине диэлектрика 300 нм) пленки подготавливают для измерений. С помощью атомно-силового микроскопа определяют реальную толщину пленки графита (она может варьироваться в пределах 1 нм для графена).

Кусочки графена также можно приготовить из графита, используя химические методы. Для начала микрокристаллы графита подвергаются действию смеси серной и соляной кислот. Графит окисляется, и на краях образца появляются карбоксильные группы графена. Их превращают в хлориды при помощи тионилхлорида. Затем под действием октадед иламина в растворах тетрагидрофурана, тетрахлорметана и дихлорэтана они переходят в графеновые слои толщиной 0,54 нм. Этот химический метод не единственный и, меняя органические растворители и химикаты, можно получить нанометровые слои графита.

Есть еще два метода: радиочастотное плазмохимическое осаждение из газовой фазы (англ. PECVD), рост при высоком давлении и температуре (англ. НРНТ). Из этих методов только последний можно использовать для получения пленок большой площади.

Если кристалл пиролитического графита и подложку поместить между электродами, то, как показано в работе, можно добиться того, что кусочки графита с поверхности, среди которых могут оказаться пленки атомарной толщины, под действием электрического поля могут перемещаться на подложку окисленного кремния. Для предотвращения пробоя (между электродами прикладывали напряжение от 1 до 13 кВ) между электродами также помещали тонкую пластину слюды.

Существует также несколько сообщений, посвященных получению графена, выращенного на подложках карбида кремния (SiC). Графитовая пленка формируется при термическом разложении поверхности подложки SiC (этот метод получения графена гораздо ближе к промышленному производству), причем качество выращенной пленки зависит от того, какая стабилизация у кристалла: С-стабилизированная или Si-стабилизированная поверхность, в первом случае качество пленок выше.

Дефекты графена. Идеальный графен состоит исключительно из шестиугольных ячеек. Присутствие пяти- и семиугольных ячеек будет приводить к различного рода дефектам.

Наличие пятиугольных ячеек приводит к сворачиванию атомной плоскости в конус. Структура с 12 такими дефектами одновременно известна под названием фуллерен. Присутствие семиугольных ячеек приводит к образованию седловидных искривлений атомной плоскости. Комбинация этих дефектов и нормальных ячеек может приводить к образованию различных форм поверхности.

7. Основные достижения нанотехнологий.

К основным достижениям нанотехнологий относится сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ).

Для того чтобы увидеть атом, существует, как считается, громоздкий и дорогой электронный микроскоп. В ряде случаев можно получить больше информации, если атом "ощупать, в буквальном смысле". Для этого и существует сканирующая зондовая микроскопия. Зонд - это микроскопический, чрезвычайно чувствительный щуп, который пробегает, сканирует, шероховатости поверхности атомарного размера. Более того, в ряде случаев зонд физически может двигать атомы.

В основе сканирования или "ощупывания" лежит достаточно простой принцип - атомы острия щупа "чувствуют" атомы, находящиеся на поверхности, тем сильнее, чем ближе они находятся друг к другу.

Первый сканирующий зондовый микроскоп был придуман на кончике пера и затем создан в 1982 году Г. Биннигом и Г. Рорером из Цюрихского отделения фирмы IBM. Этот микроскоп, правда, регистрировал не изменение положения острого щупа, а изменение так называемого туннельного тока, возникающего за счет "проскока" электронов, происходящего между поверхностью материала и сверхтонкой иглой, как только она приближается к поверхности на расстояние, сравнимое с межатомным. Движение иглы над поверхностью образца осуществлялось с помощью специальных "пьезодвигателей", способных создавать запрограммированные компьютером перемещения с шагом в сто миллиардные доли метра. Столь необычный и чрезвычайно эффективный способ исследования поверхности очень быстро был оценен научной общественностью и в 1986 году Бинниг и Рорер получили нобелевскую премию за разработку "сканирующего туннельного микроскопа" (СТМ). С появлением СТМ, а впоследствии "атомно-силового микроскопа" (АСМ, 1986 г.) и других модификаций сканирующих зондовых техник стало возможным сделать новый шаг в изучении окружающего нас мира. Современные методы зондовой микроскопии позволяют изучать рельеф, состав и структуру, "видеть" и перемещать единичные атомы и молекулы. За последнее десятилетие применение зондовой микроскопии позволило значительно расширить познания в различных областях физики, химии и биологии. Ученым уже удалось создать двумерные наноструктуры на поверхности, используя данный метод.

При выполнении подобных манипуляций возникает ряд технических трудностей. В частности, требуется создание условий сверхвысокого вакуума, необходимо охлаждать подложку и микроскоп до сверхнизких температур, поверхность подложки должна быть атомарно чистой и атомарно гладкой. Охлаждение подложки производится с целью уменьшения поверхностной диффузии осаждаемых атомов.

Основой всех типов сканирующей зондовой микроскопии является, как уже отмечалось, взаимодействие зонда с исследуемой поверхностью за счет механических, электрических или магнитных сил. Природа взаимодействия и определяет принадлежность прибора к тому или иному члену семейства зондовых микроскопов.

8. Области применения нанотехнологий.

Перечислить все области, в которых эта глобальная технология может существенно повлиять на технический прогресс, не представляется возможным. Ниже - только их краткий перечень:

• элементы наноэлектроники и нанофотоники (полупроводниковые транзисторы и лазеры; фотодетекторы; солнечные элементы; различные сенсоры);

• устройства сверхплотной записи информации;

• телекоммуникационные, информационные и вычислительные технологии; суперкомпьютеры;

• видеотехника - плоские экраны, мониторы, видеопроекторы;

• молекулярные электронные устройства, в том числе, переключатели и электронные схемы на молекулярном уровне;

• нанолитография и наноимпринтинг;

• топливные элементы и устройства хранения энергии;

• устройства микро- и наномеханики, в том числе, актюаторы и трансдукторы, молекулярные моторы и наномоторы, нанороботы;

нанохимия и катализ, в том числе, управление горением, нанесение покрытий, электрохимия и фармацевтика;

авиационные, космические и оборонные приложения;

• устройства контроля состояния окружающей среды;

• целевая доставка лекарств и протеинов, биополимеры и заживление биологических тканей, клиническая и медицинская диагностика, создание искусственных мускулов, костей, имплантация живых органов;

• биомеханика; геномика; биоинформатика; биоинструментарий;

• регистрация и идентификация канцерогенных тканей, патогенов и биологически вредных агентов; безопасность в сельском хозяйстве и при производстве пищевых продуктов.

9. Использование нанотехнологий в машиностроении.

9.1. Значение применения нанотехнологий для машиностроения.

Проблему катастроф различных физических объектов и на земле, и в воде, и в воздухе, и в космосе, в основном, связанных с качеством и надежностью машин, нельзя решить без учета эволюционного развития структуры материала на всех этапах его жизненного цикла. Понимание термина "технологический мониторинг" в контексте новой метрологии объемного наноструктурирования позволит решать задачи по обеспечению качества и повышенного ресурса оборудования, устранить необходимость завышенного коэффициента запаса прочности, что повышает конкурентоспособность.

Кроме того, запатентованы новые способы и ресурсосберегающие нанотехнологии, в том числе повышения долговечности на этапе эксплуатации, упрочнения твердых сплавов, нержавеющих, конструкционных и инструментальных марок стали, и др. При этом ресурс изделий различного назначения, изготовленных по новым технологиям для отраслей машиностроения, повышается от 200 до 500 %.

В целом же, разработка и применение нанотехнологий в области машиностроения позволят достичь следующих основных целей:

1) изменение структуры валового внутреннего продукта в сторону увеличения доли наукоемкой продукции;

2) повышение эффективности производства;

3) переориентация российского экспорта, в основном, с сырьевых ресурсов на конечную высокотехнологичную продукцию и услуги путем внедрения наноматериалов и нанотехнологий в технологические процессы российских предприятий;

4) создание новых рабочих мест для высококвалифицированного персонала инновационных предприятий, создающих продукцию с использованием нанотехнологий;

5) развитие фундаментальных представлений о новых явлениях, структуре и свойствах наноматериалов;

6) формирование научного сообщества, подготовка и переподготовка кадров, нацеленных на решение научных, технологических и производственных проблем нанотехнологий, создание наноматериалов и наносистемной техники, с достижением на этой основе мирового уровня в фундаментальной и прикладной науках.

Эффективное достижение намеченных целей потребует системного подхода к решению целого ряда взаимоувязанных задач.

9.2. Технологические особенности применения нанотехнологий в машиностроении (на примере автомобильной промышленности).

Нанотехнологии обещают целый ряд выгод от широкомасштабного внедрения в массовое производство автомобилей. Каждый узел или компонент в конструкции автомобиля может быть в значительной степени усовершенствован при помощи нанотехнологий.

Внедрение нанотехнологии в автомобильную промышленность позволит сделать автомобили:

1) доступными (нанотехнологические методы производства позволяют создавать товары и услуги с низкой себестоимостью);

2) комфортными (более совершенная работа механических частей, улучшенная шумо- и вибро- изоляция на основе наноструктурированных материалов);

3) эффективными (повышения средней скорости движения автомобилей, повышение КПД использования энергии, необходимой для перевозки людей и грузов);

4) интеллектуальными (широкое внедрение информационных систем во все узлы и компоненты автомобилей, принятие автомобилем все больших функций водителя на себя);

5) безопасными для человека и окружающей среды (новые, экологически чистые силовые установки, в том числе на топливных элементах, качественно новый уровень пассивной и активной безопасности для обитателей салона и пешеходов, возможность 100 % утилизации устаревших автомобилей).

Уже существуют легко очищающиеся и водоотталкивающие покрытия для материалов, основанные на использовании диоксида кремния.

В силу наноразмерной толщины, такие покрытия совершенно невидимы, а благодаря биоинертности кремнезема - безвредны для человека и окружающей среды. Они устойчивы к ультрафиолету и выдерживают температуры до 400 °С, а действие водоотталкивающего эффекта длится в течение 4 месяцев. Что касается в прямом понимании самоочищающихся поверхностей, то такая технология основана на использовании диоксида титана. Принцип действия материала с таким покрытием заключается в следующем.

При попадании ультрафиолетового излучения на нанопокрытие из ТiO₂ происходит фотокаталитическая реакция. В ходе этой реакции испускаются отрицательно заряженные частицы - электроны, а на их месте остаются положительно заряженные дырки. Благодаря появлению комбинации плюсов и минусов на поверхности, покрытой катализатором, содержащиеся в воздухе молекулы воды превращаются в сильные окислители - радикалы гидроокиси (НО), которые в свою очередь окисляют и расщепляют грязь, а также нейтрализуют различные запахи и убивают микроорганизмы.

Кроме покрытий для стекол также разработаны и выпускаются составы с аналогичным действием для тканей, металла, пластика, керамики - и все они имеют потенциал для применения в автомобильной промышленности.

Из серийных моделей автомобилей гидрофобное покрытие наносится на боковые стекла Nissan Terrano II. Оно не создает полноценный водоотталкивающий эффект, но уменьшает пятно контакта поверхности с каплями воды, благодаря чему во время дождя стекло остается вполне прозрачным.

По некоторым сообщениям, концерн BMW работает над созданием самоочищающихся покрытий на основе нанопорошков.

Компания Mercedes-Benz с конца 2003 года выпускает модели А, С, Е, S, CL, SL, SLK, покрытых новым поколением прозрачных лаков, изготовленных с использованием нанотехнологий. В состав верхнего слоя такого лакокрасочного покрытия вводят наноскопические керамические частицы. По утверждению создателей, новое лакокрасочное покрытие защищает кузов от царапин в три раза эффективнее, чем обычный лак.

По результатам испытаний оказалось, что покрытые лаком нового типа машины сохраняют блеск на 40 % сильнее, чем покрашенные обычной краской.

Новое лаковое покрытие не только защищает кузов от механических повреждений, но еще и полностью отвечает требованиям Mercedes относительно устойчивости к воздействию химических элементов, находящихся в воздухе.

В настоящее время с использованием нанотехнологических подходов уже производятся высокоэффективные антифрикционные и противоизносные покрытия для автотранспорта. Так российский концерн "Наноиндустрия" наладил серийное производство ремонтно-восстановительного состава "Нанотехнология". Состав предназначен для обработки механических деталей, испытывающих трение - двигали, трансмиссия.

При применении состав позволяет создавать модифицированный высокоуглеродистый железосиликатный защитный слой (МВЗС) толщиной 0,1…1,5 мм в областях интенсивного трения металлических поверхностей, что дает возможность избирательной компенсации износа мест трения и контакта деталей за счет образования в этих местах нового модифицированного поверхностного слоя. Это позволяет увеличивать ресурс работы узлов и деталей в 2…3 раза за счет замены плановых ремонтов предупредительной обработкой, снижать вибрации и шум, на 70…80 % снижать токсичность выхлопа автомобиля без применения каких-либо других мер.

В аэрокосмической промышленности уже широко применяется семейство наноструктурированных аэрогелей. Так кремниевый аэрогель - лучший в мире твердый теплоизолятор. Для промышленности он представляет интерес, так как обладает высокой термической изоляцией - до 800 °С, и акустической изоляцией - скорость звука при прохождении через аэрогель составляет лишь 100 м/сек. Развитие нанотехнологий позволит снизить себестоимость производства аэрогелей и сделает этот вид материалов доступным для применения в различных отраслях промышленности, в том числе автомобильной.

Большие перспективы имеются в улучшении электронных компонентов автомобиля с помощью нанотехнологий.

Развитие нанотехнологий обещает массовое распространение новых конструкционных материалов порою с уникальными свойствами и характеристиками. Наибольший интерес для инженеров и исследователей представляют углеродные материалы, из которых в настоящее время наиболее изученными, а также наиболее перспективными для целей практического применения являются углеродные нанотрубки (УНТ). Они обладают самым широким набором уникальных свойств, делающих их чрезвычайно перспективными для использования, в том числе в автомобилестроении.

Баллистический характер электропроводности УНТ (электроны движутся, как бы скользя по поверхности, не встречая препятствий) позволит создавать высокоэффективные электропроводящие узлы различных машин и механизмов, в том числе автомобилей.

Углеродные нанотрубки уже находят применение в конструкции современных автомобилей. Например, инженеры компании Toyota добавляет композиционный материал на основе УНТ в пластиковые бамперы и дверные панели своих автомобилей. Помимо повышения прочности и снижения массы, пластик со смолой из УНТ становится электропроводным, и его можно покрывать теми же красками с электрическим нанесением, что и металлические детали.

Нанотранзисторы, в том числе с нанотрубками в конструкции будут обладать рядом улучшенных характеристик и бесспорных преимуществ по сравнению с традиционными кремниевыми.

Большой интерес представляют нанотехнологии для создания перспективных автомобилей на топливных элементах.

С помощью нанотрубок предполагается решить проблему надежного и безопасного хранения водорода на борту транспортного средства, так как наряду с металлами и жидкостями углеродные нанотрубки могут заполняться газообразными веществами и связывать большое его количество.

Китайские и американские ученые совместно разработали нанолампочку, в которой нитью накаливания служит не вольфрамовая проволочка, а углеродные нанотрубки. Лампочка с УНТ более экономичная - при равном напряжении она испускает больше света.

Сейчас конструкторы "гибридных" автомобилей уже сталкиваются с потребностью в компактных, легких и высокоемких аккумуляторных батареях. Стоит напомнить, что ставшие традиционными кислотные аккумуляторы не годятся, в силу большой массы, громоздкости, экологической "небезупречности". С ростом парка гибридов, а также с массовым появлением водородных автомобилей на ТЭ потребность в автономных источниках хранения электрической энергии возрастет еще больше. Нанотехнологии предлагают ряд решений данной проблемы.

В силу того, что большинство автомобилей будущего будет работать на электрической тяге, гораздо больший интерес станет представлять использование фотоэлементов в конструкции автомобиля. В этом отношении нанотехнология позволяет создавать долговечные, ультратонкие и гибкие преобразователи солнечного света. Кроме того, использование нанотехнологических принципов позволит получать солнечные панели с КПД до 80…90 %.

Кроме конструкции автомобиля, изменится структура самой автомобильной промышленности.

Так с появлением автоматизированной молекулярной нанотехнологий получит новое развитие уже наметившаяся тенденция – разделение функций разработки, проектирования автомобилей и их производства с окончательным закреплением приоритета за первой из перечисленных двух функций.

Тем самым не автомобиль будет товаром, а информация об особенности его конструкции, что будет полностью соответствовать модели новой экономической формации, где единственным предметом обмена станет информация.

9.3. Изготовление стройматериалов с применением нанотехнологий.

В Новосибирском государственном архитектурно-строительным университете завершена разработка мобильной установки, предназначенной для промышленного производства строительных материалов непосредственно на строительной площадке. Оборудование транспортируется на автомобиле, монтируется прямо на месте строительства, и строители тут же могут производить строительный материал, причем, в тех объемах, которые им требуются, - сообщает новосибирская компания АОС "Бюро пропаганды".

Возможность организовывать производство высококачественных строительных материалов без необходимости приобретать землю, возводить цеха и строить подъездные пути, подарены самой перспективной отраслью современной науки - нанотехнологиями. Принцип таков: вещество механически измельчается до уровня элементарных частиц, после чего рассыпанные атомы и молекулы вновь собираются, но уже в ту комбинацию, которая образует заданный материал. Можно создавать новые, еще неизвестные в природе материалы, или любимы популярные, но на качественно новом уровне - молекулярном.

9.4. Перспективы развития нанотехнологий в машиностроении.

Стратегическими национальными приоритетами Российской Федерации, являются: повышение качества жизни населения, достижение экономического роста, развитие фундаментальной науки, образования и культуры, обеспечение обороны и безопасности страны.

Одним из реальных направлений достижения этих целей может стать ускоренное развитие нанотехнологий.

Развитие направлений науки, техники и технологий, связанных с созданием, исследованиями и использованием объектов с наноразмерными элементами, уже в ближайшие годы приведет к кардинальным изменениям во многих сферах человеческой деятельности – в том числе и в машиностроении.

Новейшие нанотехнологии наряду с компьютерно-информационными технологиями и биотехнологиями являются фундаментом научно-технической революции в XXI веке.

В развитых странах осознание ключевой роли, которую уже в недалеком будущем будут играть результаты работ по нанотехнологиям, привело к разработке широкомасштабных программ по их развитию на основе государственной поддержки.

Так, в 2000 г. в США принята приоритетная долгосрочная комплексная программа, названная Национальной нанотехнологической инициативой. Аналогичные программы приняты Европейским союзом, Японией, Китаем, Бразилией и рядом других стран.

В России работы по разработке нанотехнологий начаты еще 50 лет назад, но слабо финансируются и ведутся только в рамках отраслевых программ. К настоящему времени назрела необходимость формирования программы общефедерального масштаба с учетом признания важной роли нанотехнологий на самом высоком государственном уровне.

Нанотехнологии могут стать мощным инструментом интеграции технологического комплекса России в международный рынок высоких технологий, надежного обеспечения конкурентоспособности отечественной продукции.

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, здравоохранения, экологии, образования и обеспечения национальной безопасности России.

Использование возможностей нанотехнологий может уже в недалекой перспективе принести значительный экономический эффект в машиностроении:

1) увеличение ресурса режущих и обрабатывающих инструментов с помощью специальных покрытий и эмульсий;

2) широкое внедрение нанотехнологических разработок обеспечивает модернизацию парка высокоточных и прецизионных станков;

3) созданные с использованием нанотехнологий методы измерений и позиционирования обеспечат адаптивное управление режущим инструментом на основе оптических измерений обрабатываемой поверхности детали и обрабатывающей поверхности инструмента непосредственно в ходе технологического процесса. Например, эти решения позволят снизить погрешность обработки с 40 мкм до сотен нанометров;

4) в двигателестроении и автомобильной промышленности за счет применения наноматериалов, более точной обработки и восстановления поверхностей можно добиться значительного (до 1,5…4 раз) увеличения ресурса работы автотранспорта, а также снижения втрое эксплуатационных затрат;

5) в электронном и электротехническом машиностроении приведет к расширению возможностей радиолокационных систем за счет применения фазированных антенных решеток с малошумящими СВЧ-транзисторами;

6) в энергетическом машиностроении - наноматериалы используются для совершенствования технологии создания топливных и конструкционных элементов, повышения эффективности существующего оборудования и развития альтернативной энергетики (адсорбция и хранение водорода на основе углеродных наноструктур, увеличение в несколько раз эффективности солнечных батарей на основе процессов накопления и энергопереноса в неорганических и органических материалах, разработка электродов с развитой поверхностью для водородной энергетики на основе трековых мембран. Кроме того, наноматериалы применяются в тепловыделяющих и нейтронопоглощающих элементах ядерных реакторов; с помощью нанодатчиков обеспечивается охрана окружающей среды при хранении и переработке отработавшего ядерного топлива и мониторинга всех технологических процедур для управления качеством сборки и эксплуатации ядерных систем; нанофильтры используются для разделения сред в производстве и переработке ядерного топлива.