Классификация направлений нанотехнологий

ПРОЕКТ
Классификация направлений нанотехнологий1
Базовое определение нанотехнологий
Нанотехнологии – совокупность технологических методов и приемов, используемых при изучении, проектировании и производстве материалов, устройств и систем,
включающих целенаправленный контроль и управление строением, химическим составом
и взаимодействием составляющих их отдельных наномасштабных элементов (с размерами
порядка 100 нм и меньше как минимум по одному из измерений), которые приводят к
улучшению, либо появлению дополнительных эксплуатационных и/или потребительских
характеристик и свойств получаемых продуктов.
Общая структура классификации
Т.01. Наноматериалы
Т.02. Наноэлектроника
Т.03. Нанофотоника
Т.04. Нанобиотехнологии
Т.05. Наномедицина
Т.06. Методы и инструменты исследования и сертификации наноматериалов и наноустройств
Т.07. Технологии и специальное оборудование для опытного и промышленного производства наноматериалов и наноустройств
Т.09. Прочие направления
Данная версия проекта классификации разработана группой экспертов под научным руководством академика Алфимова М.В. и согласована с Департаментом научно-технической экспертизы ГК «Роснанотех»
30.04.2009 г.
1
Развернутая структура классификации
T.01
Наноматериалы (в том числе, наноструктуры) – объемные материалы и пленки,
макроскопические свойства которых определяются химическим составом, строением, размерами и /или взаимным расположением наноразмерных структур.
Нанообъект – это ансамбль атомов или молекул, который хотя бы в одном измере-
нии имеет размер менее 100 нм и структурно различим от окружения.
Данное направление включает:
01.01 Наноматериалы как объект изучения
01.01.1 Квантовые размерные эффекты в наноструктурах
01.01.2 Биологическая активность наноструктур
01.01.3 Методы получения нанообъектов и наноструктур
01.02 Ансамбли нанообъектов
01.02.1 Нанокристаллы и наночастицы (в том числе, квантовые точки)
01.02.2 Нанотрубки и нанопроволоки
01.02.3 Двумерные нанообъекты с характерными толщинами порядка размеров
молекул
01.02.4 Дислокации и другие дефекты твердых тел
01.03 Наноструктуры
01.03.1 Упорядоченные ансамбли (многослойные и многополосные структуры и
сетки) одинаковых твердых элементов на подложках
01.03.2 Твердотельные гибридные и гетероструктуры на основе полупроводников,
металлов и магнетиков (наноструктуры могут состоять и из естественных
кристаллов)
01.03.3 Наборы нанообъектов контролируемо модифицируемые функциональными молекулами, мицеллами или биологическими объектами субмикронных размеров
01.04 Объемные наноструктурированные материалы
01.04.1 По типу
01.04.1.1
01.04.1.2
01.04.1.3
01.04.1.4
01.04.1.5
01.04.1.6
01.04.1.7
01.04.1.8
Наночастицы в твердых, полимерных или жидкокристаллических
матрицах
Наночастицы на подложках
Нанокапсулы
Слоистые материалы с характерными размерами фрагментов порядка
постоянной решетки
Нанопленки и нанопокрытия
Суперкристаллы на основе высокоупорядоченных наноэлементов
Нанокристаллические композиции
Гранулированные наноразмерные материалы
Объекты традиционных технологий («нанопорошки», нанопористые
материалы, золи, гели, эмульсии, наногетерогенные полимеры и т.д.)
01.04.1.10 Бионаноматериалы и биофукнционализированные наноматериалы
01.04.1.9
01.04.2 По составу
01.04.2.1
01.04.2.2
01.04.2.3
01.04.2.4
01.04.2.5
01.04.2.6
01.04.2.7
Металлические
Полупроводниковые
Полимерные
Углеродные
Керамические
Оксидные
Композитные
01.04.3 По назначению
01.04.3.1
01.04.3.2
Конструкционные
Функциональные
01.04.3.2.1
01.04.3.2.2
01.04.3.2.3
01.04.3.2.4
01.04.3.2.5
01.04.3.2.6
01.04.3.2.7
01.04.3.2.8
01.04.3.2.9
01.04.3.2.10
01.04.3.2.11
01.04.3.2.12
01.04.3.2.13
01.04.3.2.14
Катализаторы на носителях
Интеркаляционные материалы и твердые электролиты (для
хмических источников тока, конденсаторов и т.д.)
Сенсорные нанокомпозиты
Водород-абсорбирующие наноматериалы (гидридообразующие
интерметаллиды и аналоги)
Слоистые магнитные материалы и сверхрешетки
Мультиферроики
Спинтроники
Пьезоэлектрики
Магнитострикторы
Сверхпроводники
Термоэлектрики
Люминесцентные
Метаматериалы
Многофункциональные
Данная группировка включает:




01.04.3.3
Наноструктурированные металлы и сплавы с особыми механическими
свойствами
Наноструктурированные керамические и композиционные материалы
и покрытия, в том числе, оптически прозрачная нанокерамика; пьезо- и
сегнето-нанокерамика; конструкционная нанокерамика, биосовместимая нанокерамика и покрытия, наноматериалы с заданными ядернофизическими свойствами
Углеродные материалы
Наноструктурированные полимеры, волокна и композиты на их основе
Наноструктурированные сорбенты
01.04.3.4
Нанопористые мембраны
01.05 Детекторные и сенсорные наноструктуры и наноструктурированные материалы
01.05.1 Наноструктуры и наноструктурированные материалы для определения
химических веществ, в том числе, для молекулярного распознавания
01.05.2 Наноструктурированные материалы для контроля изменения физических
величин
01.06 Другие направления
T.02
Наноэлектроника – область электроники, связанная с разработкой архитектур и
технологий производства функциональных устройств электроники с топологическими размерами, не превышающими 100 нм (в том числе интегральных схем), и
приборов на основе таких устройств, а также с изучением физических основ функционирования таких устройств и приборов.
Данное направление включает:
02.01 Физические принципы и объекты наноэлектроники
02.01.1 Полупроводниковые наногетероструктуры (квантовые точки и квантовые
проволоки)
02.01.2 Спинтронные устройства (на основе магнитных и немагнитных гетероструктур)
02.01.3 Криоэлектроника и флуксонные устройства на основе сверхпроводящих
(джозефсоновских) наноструктур
02.01.4 Одноэлектронные квантовые устройства (SET - транзисторы, наноэлектрометры, микрокллеры, болометры)
02.02 Базовые элементы вычислительных систем, объекты для квантовых вычислений
и квантовых телекоммуникаций
02.02.1 Наноэлементная компонентная база (в том числе, на основе наноразмерных КМОП)
02.02.2 Интегральные схемы (в том числе, сверхбольшие интегральные схемы)
02.02.3 Сверхпроводниковые квантовые логические устройства (кубиты)
02.02.3.1
02.02.3.2
02.02.3.3
02.02.3.4
02.02.3.5
На основе электронных спинов в квантовых точках и фуллеренах
На основе электромагнитных ловушек для атомов и ионов
Одноэлектронные (зарядовые)
Считывающие и интерфейсные устройства к кубитам
Устройства для квантовой криптографии
02.03 Устройства сверхплотной записи информации
02.04 Наноэлектронные источники и детекторы
02.04.1 Электронные эмиттеры на основе нанотрубок и других нано-объектов
02.04.2 Стандарты электромагнитных сигналов; эталоны тока, напряжения, сопротивления на основе сеток наноэлементов
02.04.3 Сверхчувствительные магнитные детекторы (например, на основе SQUID)
02.04.4 Сверхчувствительные SET-электрометры
02.05 Другие направления
T.03
Нанофотоника – область фотоники, связанная с разработкой архитектур и технологий производства наноструктурированных устройств генерации, усиления, модуляции, передачи и детектирования электромагнитного излучения и приборов на основе таких устройств, а также с изучением физических явлений, определяющих
функционирование наноструктурированных устройств и протекающих при взаимодействии фотонов с наноразмерными объектами.
Данное направление включает:
03.01 Физические основы генерации и поглощения излучения в ультрафиолетовом,
видимом и инфракрасном диапазонах в гетероструктурах с квантовыми слоями,
нитями и точками
03.02 Полупроводниковые и сверхпроводниковые источники и детекторы электромагнитного излучения (в том числе, однофотонные детекторы, матричные детекторы электромагнитных сигналов, тепловизоры высокого разрешения и пр.)
03.03 Светодиоды
03.03.1 На основе полупроводниковых гетероструктур
03.03.2 Органические светодиоды
03.04 Твердотельные и органические лазеры
03.05 Элементы солнечной энергетики
03.06 Наноструктурированные оптические волокна и устройства на их основе
03.07 Элементы фотоники и коротковолновой нелинейной оптики
03.07.1
03.07.2
03.07.3
03.07.4
Нано-объекты и устройства близкопольной оптики
Нелинейные оптические преобразователи и волноводы
Рентгеновские линзы
Фотонные кристаллы
03.08 Другие направления
T.04
Нанобиотехнологии – целенаправленное использование биологических макромолекул и органелл для конструирования наноматериалов и наноустройств.
Наноустройство – механизм, конструкция, или конструктивно законченная часть
искусственно созданного объекта наноразмерного масштаба, имеющая определенное
функциональное назначение.
Данное направление включает:
04.01 Биоэлектромеханические машины
04.02 Нанобиоэлектроника и нанобиофотоника
04.03 Наноматериалы, полученные с использованием биотехнологий
04.04 Другие направления
T.05
Наномедицина – практическое применение нанотехнологий в медицинских целях,
включая исследования и разработки в области диагностики, контроля, адресной доставки лекарств, а также действия по восстановлению и реконструкции биологических систем человеческого организма, с использованием наноструктур и наноустройств.
Данное направление включает:
05.01 Медицинские методы диагностики
05.01.1 Методы интроскопических исследований/визуализации с применением
наноматериалов и наноструктур
05.01.1.1
05.01.1.2
Контрастные вещества для МРТ, РКТ и УЗИ на основе наноматериалов
Наноразмерные индикаторы для сцинтиграфии
05.01.2 Молекулярно-биологические методы исследований с применением наноматериалов и наноструктур
05.01.2.1
05.01.2.2
05.01.2.3
05.01.2.4
05.01.2.5
05.01.2.6
Диагностические методы на микро-(нано-)флюидной основе
Диагностические наносенсоры и нанодатчики
Диагностические методы на основе микро- и наноэррейных технологий
Биочипы
Мультиплексные методы анализа
Технологии “нано-штрихкода” в диагностике
05.02 Медицинские нанотехнологии терапевтического назначения
05.02.1 Вакцины на наноплатформах
05.02.2 Методы клеточной терапии с применением наноматериалов
05.02.3 Методы генной терапии с применением наноматериалов
05.02.3.1
05.02.3.2
05.02.3.3
Векторы на основе наноматериалов
Антисенс-терапия
РНК-интерференция
05.02.4 Полифункциональные наноматериалы для диагностики и терапии рака
05.03 Медицинские нанотехнологии хирургического назначения
05.03.1
05.03.2
05.03.3
05.03.4
Медицинские нанороботы
Применение лазеров в микро-(нано-)хирургии
Кровезаменители на основе наноматериалов
Наноматериалы для остановки кровотечений
05.04 Тканевая инженерия и регенеративная медицина
05.04.1 Имплантаты и протезы на основе наноматериалов
05.04.2 Наноматериалы и наноструктуры для доставки ростовых факторов
05.04.3 Полифункциональные наноматериалы для тканевой инженерии и доставки
лекарственных средств
05.04.4 Трёхмерные матриксы на основе наноматериалов для культивирования
клеток
05.05 Нанотехнологии в фармакологии и фармацевтике
05.05.1 Технологии (адресной) доставки лекарственных средств
05.05.2 Создание лекарственных средств на основе
05.05.3 Использование скриниговых методов на основе нанотехнологий для создания лекарственных средств
05.05.4 Создание лекарственных форм наномасштабных размеров
05.05.5 Антидоты на основе наноматериалов
05.06 Нанотехнологии в токсикологии
05.06.1 Создание систем биоразрушения наноматериалов
05.07 Другие направления
T.06
Методы и инструменты исследования и сертификации наноматериалов и наноустройств – устройства и приборы, предназначенные для манипулирования с
наноразмерными объектами, измерения, контроля свойств и стандартизации производимых и используемых наноматериалов и наноустройств.
Данное направление включает:
06.01 Методы диагностики и исследования наноструктур и наноматериалов
06.01.1 Зондовые методы микроскопии и спектроскопии: атомно-силовая, ближнего поля, сканирующая туннельная, магнитно-силовая и др.
06.01.2 Сканирующая электронная микроскопия
06.01.3 Просвечивающая электронная микроскопия, в том числе высокого разрешения
06.01.4 Люминесцентная микроскопия
06.01.5 Дифракционные методы (рентгеновские, электронные, нейтронные)
06.01.6 Рентгеновская спектроскопия
06.01.7 Электронная спектроскопия
06.01.8 Наногравиметрия
06.01.9 Магнитно-резонансные методы
06.01.10 Методы локального и нелокального анализа поверхности
06.01.11 Терагерцовая спектроскопия
06.01.12 Масс-спектрометрия
06.01.13 Нелинейно-оптические методы, в том числе рамановская спектроскопия
06.01.14 Фемто- и наносекундная спектроскопия
06.01.15 Биологические методы, основанные на амплификации
06.02 Методы сертифицирования и контроля наноматериалов и диагностики их
функциональных свойств
06.02.1 Порометрия и определение истинной поверхности
06.02.2 Оптический контроль (профилометрия, флуоресценция, эллипсометрия,
конфокальная микроскопия)
06.02.3 Контроль физических свойств (резистометрия, магнитные измерения и
др.)
06.02.4 Тестирование функциональных свойств (каталитических, деградационных,
механических, трибологических, биологической активности и т.п.) и их
стабильности
06.02.5 Аналитические методы
06.02.6 Разработка метрологических принципов и методик в области нанотехнологий
06.02.7 Контроль и тестирование биосовместимости и безопасности наноматериалов
06.03 Компьютерное моделирование и прогнозирование свойств наноматериалов
06.04 Другие методы и инструменты
T.07
Технологии и специальное оборудование для опытного и промышленного
производства наноматериалов и наноустройств – область техники, связанная с
разработкой технологий и специального оборудования для производства наноматериалов и наноустройств.
Данное направление включает:
07.01 Методы производства наноструктур и наноматериалов
07.01.1 Методы нанесения элементов наноструктур и наноматериалов
07.01.1.1
07.01.1.2
Физические методы (лазерные, электронно-лучевые, ионноплазменные) осаждения слоев нанометровых толщин
Технологии, основанные на синергизме физических воздействий
07.01.1.2.1
07.01.1.2.2
07.01.1.2.3
07.01.1.2.4
07.01.1.2.5
07.01.1.3
07.01.1.4
07.01.1.5
07.01.1.6
07.01.1.7
07.01.1.8
07.01.1.9
Термические
Микроволновые
Ультразвуковые
Оптические
Радиационные
Химическое, термическое и электродуговое ocаждение из газовой
фазы (в том числе CVD, EVD, MoCVD, PVD и аналоги)
Технология Лэнгмюра-Блоджетт
Химическое осаждение из растворов
Электроосаждение
Использование наноманипуляторов и зондов
Плазмохимическое, ионно- и электронно-лучевое модифицирование
поверхности
Методы, основанные на специфических взаимодействиях биологических молекул
07.01.2 Методы формирования нанострукутр
07.01.2.1
07.01.2.2
07.01.2.3
07.01.2.4
07.01.2.5
07.01.2.6
07.01.2.7
07.01.2.8
07.01.2.9
07.01.2.10
07.01.2.11
07.01.2.12
Оптическая литография субмикронного разрешения
Электронная литография
Рентгеновская литография
Наноимпринтинг и травление
Фокусированная ионная резка
Планиризация поверхности, полировка
Поверхностная иммобилизация (химическая пришивка) молекул
Локальные поверхностные химические реакции.
Нанокапсулирование
Иммобилизация мицелл и биологических нанообъектов
Технологии самосборки
Другие методы
07.01.3 Методы формирования наноматериалов
Золь-гель-технологии
Механохимия
Криохимия
Темплейтные техники в жидких средах (химическое и электроосаждение)
07.01.3.5 Электрофорез
07.01.3.6 Керамические методы (спекание, прессование, самораспространяющийся синтез и т.п.)
07.01.3.7 Детонационные методы
07.01.3.8 Интенсивные пластические деформации
07.01.3.9 Формирование наноматериалов с использованием биологических систем и/или методов
07.01.3.10 Спрей-пиролиз
07.01.3.1
07.01.3.2
07.01.3.3
07.01.3.4
07.02 Приборостроение для наноиндустрии
07.03 Другие технологии и оборудование
T.08
Прочие направления – научно-технологические направления и процессы, связанные с нанотехнологиями и не включенные в другие группировки.
Данное направление включает:
08.01 Трибология и износостойкость наноструктурированных материалов
08.02 Нано-электромеханические системы (наноприводы, наноманипуляторы и пр.)
08.03 Безопасность наноматериалов и нанотехнологий
08.04 Другие направления