Проблемы и перспективы нанометрологии

Пора меру знать

О прогрессе и проблемах нового научного направления – нанометрологии – рассказал на Международном форуме по нанотехнологиям петербургский ученый-экономист, специалист по управлению качеством, метрологии и стандартизации, член-корреспондент РАН Владимир ОКРЕПИЛОВ. Он автор двух книг, только что увидевших свет в петербургском издательстве “Наука”. Первая – монография “Стандартизация и метрология в нанотехнологиях” – ликвидирует существенный пробел в науке об измерениях, вторая – “Словарь терминов и определений по стандартизации и метрологии в области нанотехнологий” – содержит 1070 кратких и емких извлечений из этой сферы.

Владимир ОКРЕПИЛОВ

Владимир Валентинович, разрешите для начала вопрос из журналистского любопытства: существует ли эталон нанометра и, если да, как он выглядит?

Сомневаюсь, что такой эталон имеет право на жизнь. Чем хуже миллиметр или, скажем, ангстрем?! Как известно, основной единицей длины является метр. Первичным государственным эталоном метра ранее был платино-иридиевый стержень с нанесенными на нем штрихами. Расстояние между ними и составляло метр с погрешностью 10_8 (то есть десять нанометров). Сегодня государственный первичный эталон метра воспроизводит размер этой единицы в длинах световых волн гелий-неонового лазера с погрешностью не более 10_9. То есть нанометр в эталонной базе уже присутствует и специального эталона вряд ли удостоится.

Зато он удостоился пристального внимания ученых. Тема, что называется, раскрученная. Вас как автора это обстоятельство не смущало?

Напротив, подстегивало. Потому что значение стандартизации и метрологии для нанотехнологий как раз освещалось слабо, и в целом нормативное и метрологическое обеспечение этой отрасли отстает от ее бурного развития.

Позволю себе напомнить азбучную истину: именно стандартизация является общепризнанным инструментом упорядочения любой деятельности. В том числе в нанодиапазоне. Что такое порядок применительно к наукоемкой продукции? Это наличие строго регламентируемой системы

понятий, характеристик, методов и средств оценки, контроля и испытаний, охватывающих весь ее жизненный цикл – от лабораторных исследований до применения и утилизации.

Тот, кто полагает, что это пустая формальность, глубоко ошибается. Так, сферу нанотехнологий отличает весьма своеобразный словарь: nanotube (нанотрубка) имеет два значения, nanofiber (нановолокно) – три и т.д.

В ряде случаев значение терминов не совпадает с общепринятым, несет дополни тельную смысловую нагрузку, например, particle – это и частица, и “структурная единица вещества с определенными физическими границами”. Подобная двусмысленность затрудняет решение проблем, связанных с защитой интеллектуальной собственности, что, в свою очередь, может стать препятствием для привлечения инвестиций. А наличие стандартизованного словаря, в котором ключевые понятия согласуются с международными терминами, эти проблемы снимает.

Еще одна особенность сферы нанотехнологий – действие в ней физических законов, отличных от законов макромира. Это неизбежно сказывается на методах и средствах познания. Требуются совершенно новые приборы, а порой и принципы измерений. Необходимы унификация и четкая классификация метрологического оборудования, в частности зондовых и сканирующих микроскопов. Не исключаю даже появления новых видов физических величин для измерений в нанодиапазоне.

В одном академическом институте мне рассказывали об исследовании наночастиц в суспензиях. Купили за границей умный прибор, использующий метод динамического лазерного рассеяния (корреляционной спектроскопии). Но приданный ему для калибровки образец рассчитан на 60 нм, а размеры частиц гораздо меньше – до 4 нм! Сейчас пробуют так откалибровать прибор, чтобы “ловить” эти исчезающе малые величины. Метрология со своими порядками может чем-то помочь в подобных случаях?

Пытается. Не случайно пять из шести ныне действующих российских государственных стандартов в области нанотехнологий устанавливают методики поверок приборов и установок. В США, Японии, Западной Европе разрабатывается больше таких стандартов (и все равно недостаточно), они создаются совместными усилиями ученых и специалистов-метрологов.

В принципе ситуация типична для новых отраслей знания. Ученые-первооткрыватели, как правило, не думают о стандартизации своих новинок.

Вряд ли ученые сознательно отказываются от стандартизации. Например, специалисты по углеродным наноматериалам в ней очень заинтересованы. Уже производятся нановолокна. Создается промышленная установка для нанотрубок. Все эти наноизделия надо проверять на предмет соблюдения параметров, чтобы продавать по мировым, а не по бросовым ценам.

Совершенно верно, и тут нужно говорить о глобальном рынке нанотехнологий, на который мы выходим. К 2014 году с их помощью будет производиться примерно 17% продукции, объем ее может достигнуть 3 триллионов долларов. В развитых странах нанотехнологии уже применяют при производстве 80 групп потребительских товаров, 600 видов сырьевых материалов, комплектующих изделий и промышленного оборудования, что порождает целые гроздья стандартов и нормативов.

В России выпуск нанопродукции тоже постепенно нарастает. При этом факторы риска

и безопасности внедрения нанотехнологий, производства и применения нанопродукции лишь недавно попали в поле зрения ученых. Методы определения токсичности нанопродуктов, их воздействия на человека малоэффективны или вообще отсутствуют.

Поэтому в монографии сделан акцент на комплексном использовании стандартов и средств измерений. Не только во имя соблюдения параметров изделий, но и для обеспечения надежности и безопасности их производства и применения. Надо, с одной стороны, защитить нанопродукцию стандартами, а с другой, гармонизируя их с международными нормативами, повысить ее коммерческую привлекательность, конкурентоспособность.

Наверное, это легче в книге написать, чем сделать…

Главное, что для этого есть база – четкая государственная научно-техническая политика в сфере нанотехнологий. Напомню, что на основе утвержденной Президентом России инициативы “Стратегия развития наноиндустрии” Правительство РФ утвердило Федеральную целевую программу “Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Рос сийской Федерации на 2008–2010 годы”.

Для ее реализации необходимо выстроить структурную цепочку, охватывающую, как я уже говорил, весь жизненный цикл нанопродукции. И на каждом этапе, а особенно на переходе от этапа к этапу, проводить измерения и сверять их результаты со стандартами или требованиями технической документации.

Как организовать столь плотное метрологическое сопровождение?

Обратимся к упомянутой ФЦП – там все написано! Направление №3 “Развитие методической составляющей инфраструктуры наноиндустрии” предусматривает комплекс мер по метрологическому обеспечению и оценке соответствия нанотехнологий и продукции наноиндустрии. Это и подтверждение метрологических характеристик эталонных средств измерений, и сличение их с международными, вплоть до взаимного признания результатов калибровок, и разработка методик и средств измерений…

На эти работы в 2008–2010 годах планируется направить 1,5 млрд рублей. Хотя, по

мнению экспертов, необходимо не менее 4–4,5 млрд рублей.

И все же деньги немалые. А вот куда податься ученым, осознавшим, что без нанометрологии им свои задачи не решить?

Согласно той же ФЦП, создается Центр метрологического обеспечения и оценки

соответствия нанотехнологий и продукции наноиндустрии. Его отделения в федеральных округах будут действовать на базе наиболее продвинутых центров стандартизации и метрологии, а в дальнейшем и на базе высокооснащенных аккредитованных лабораторий институтов и предприятий.

Скажу о том, что ближе, – об отделении центра на базе руководимого мной ФГУ “Тест – С.-Петербург”. В составе ФГУ создано структурное подразделение для методического руководства работами в области метрологии и стандартизации нанотехнологий в Северо-Западном регионе России. В этих работах участвуют более 20 научных, образовательных и промышленных организаций.

Предполагаем оснастить отделение уникальным метрологическим оборудованием для проведения поверки и калибровки. Учитывая его высокую стоимость, работать эта структура должна по принципу центров коллективного пользования – других вариантов не вижу. Фактически мы уже взялись за выполнение программы, вооружаем ее участников методиками измерений, организационными и процедурными документами в области метрологии и подтверждения соответствия.

http://www.nanometer.ru/…50_a3_14.pdf

ФГУ “Тест – С.-Петербург”

http://www.rustest.spb.ru/00.html

Ну что ж, хорошее это дело: нанометрология. И, видимо, немало уже делается в этой области. Только следует заметить (в скобках), что автор говорит, ссылаясь на опыт работы в данной области – метрологии и стандартизации нанотехнологий – своего филиала в Северо-Западном регионе России… Тем не менее, и этот опыт представляет немалую ценность…