eng
В XX веке состояние экономики высокоразвитых стран определялось в значительной степени развитием высоких технологий в авиации, космонавтике, ядерной энергетике, электронике, а в конце века – в микроэлектронике и информатике. Начало XXI века характеризуется формированием нового направления в науке и технике – нанотехнологии.
НАНОТЕХНОЛОГИЯ
Стремительное развитие нанотехнологии в научном, техническом и прикладном плане, включая решение ряда экономических и социальных задач, предопределяет необходимость системного подхода как в организации научных исследований в данной области, так и во внедрении их результатов в различные сферы жизни общества.
Методологически под нанотехнологией обычно подразумеваются:
знание и управление процессами в нанометровом масштабе, но не исключающие объекты размером менее 100 нанометров в одном или более измерениях, когда размерный эффект приводит к возможности новых применений;
использование свойств объектов и материалов в нанометровом диапазоне, которые отличаются от свойств свободных атомов или молекул, также как от объемных свойств состоящего из них вещества, для создания более совершенных материалов, приборов, систем, реализующих эти новые свойства.
Специфическая особенность нанотехнологии – межотраслевой характер. Одно и то же явление может быть использовано в различных отраслях: информационно-телекоммуникационные технологии, медицина, фармакология, производство новых материалов, сельское хозяйство, экология и многое другое. Междисциплинарный характер нанотехнологий, разные терминология и исследовательские, технологические и измерительные подходы и методы, используемые в различных отраслях, привели к определенной разобщенности, затрудняющей успешный обмен технической информацией.
НАНОМЕТРОЛОГИЯ – МЕТРОЛОГИЯ В НАНОДИАПАЗОНЕ
История науки и техники неразрывно связана с развитием методов и средств измерений. Переход к наноуровню ставит ряд новых специфических задач, обусловленных малыми размерами элементов и структур, с которыми имеет дело нанотехнология.
В нанотехнологии, как нигде более, актуален тезис "если нельзя измерить, то невозможно создать". Все страны, вступившие в "нанотехнологическую эру", прекрасно понимают необходимость опережающего развития метрологии в этой бурно развивающейся области знания. Именно уровень точности и достоверности измерений способны либо стимулировать развитие соответствующих отраслей, либо служить сдерживающим фактором.
Что есть метрология? С одной стороны – это наука об измерениях, методах и средствах достижения их повсеместного единства и требуемых точностей. С другой стороны – это институт обеспечения единства измерений в стране, включающий стандартизацию единиц физических величин, их воспроизведение с наивысшей точностью с помощью государственных эталонов и передачу размеров единиц физических величин иерархическим образом сверху вниз всем средствам измерений (приборам), допущенным к применению на территории страны.
Главная задача метрологии – достижение такого состояния, при котором результаты измерений выражены в узаконенных единицах, и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Пользуясь обычной школьной линейкой, мы совершенно не задумываемся, что ее шкала иерархически привязана к государственному эталону метра. В результате различные пользователи разных линеек, измеряя длину одного и того же объекта, получают один и тот же результат (в рамках определенной погрешности). В этом и состоит смысл обеспечения единства измерений.
Специфика нанотехнологий привела к развитию нового направления – нанометрологии, с которой связаны все теоретические и практические аспекты метрологического обеспечения единства измерений на наноразмерном уровне. Вопервых, это эталоны физических величин и эталонные установки, а также стандартные образцы состава, структуры и свойств для обеспечения передачи размера единиц физических величин в нанодиапазон. Во-вторых, это аттестованные или стандартизованные методики измерений физико-химических параметров и свойств объектов нанотехнологий, а также методики калибровки (поверки) самих применяемых средств измерений. В-третьих, это метрологическое сопровождение технологических процессов производства материалов, структур, объектов и иной продукции нанотехнологий.
С метрологией тесно связана стандартизация, одна из первоочередных задач которой – стандартизация параметров и свойств материалов, объектов, элементов и структур нанотехнологий, подлежащих измерениям. При межотраслевом и междисциплинарном характере нанотехнологий, различной терминологии и различных исследовательских и измерительных приемах и методах – это непростая, последовательно решаемая задача, несущая в себе позитив объединяющего начала. К этой же проблеме примыкает необходимость стандартизации терминов и определений в нанотехнологиях для обеспечения общения и взаимопонимания различных групп исследователей не только внутри одной страны, но и в рамках междисциплинарного и международного обмена информацией. Закономерное следствие этого – необходимость аттестованных и стандартизованных методик выполнения измерений, а также методик калибровки и поверки средств измерений, применяемых в нанотехнологиях.
Особый аспект стандартизации – решение задач обеспечения здоровья и безопасности операторов технологических процессов и лиц, взаимодействующих с продукцией нанотехнологий на всех этапах ее производства, испытаний, исследований и применений, а также экологической безопасности окружающей среды.
Что из себя представляет сертификация? Это ничто иное, как подтверждение соответствия параметров и свойств объектов, материалов и структур, технологических процессов, а также инструментальной и измерительной базы требованиям технических регламентов, стандартов и иных нормативных документов.
Логически следует, что "наибольший вес" приходится на метрологию, поскольку именно она является количественным базисом стандартизации и сертификации.
МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО В НАНОМЕТРОЛОГИИ
Решение задач нанометрологии осуществляется на основе международного сотрудничества. В первую очередь, здесь надо отметить создание Технического комитета Международной организации по стандартизации (International organization for standardization – ISO) ISO/TC 229 "Нанотехнологии". Свое первое заседание Комитет провел 9-11 ноября 2005 г. в Лондоне. Организатор заседания – Британская организация по стандартизации.
Первоочередные задачи ISO/TC 229, сформулированные странами-участниками заседания, состоят в стандартизации по следующим направлениям: термины и определения, метрология и методы испытаний и измерений, стандартные образцы состава и свойств, моделирование процессов, медицина и безопасность, воздействие на окружающую среду. Решение этих задач, по мнению специалистов, даст мощный импульс развитию нанотехнологий и их практическому применению в различных отраслях экономики.
В рамках Технического комитета ISO/TC 229, секретариат которого ведет Британский институт стандартов, деятельность подкомитета по метрологии, методам измерений и испытаний координирует Япония, подкомитета по терминам и определениям – Канада, подкомитета по здоровью, безопасности и окружающей среде – Соединенные Штаты Америки.
В России функции государственной метрологической службы возложены на Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии – Ростехрегулирование и подведомственные ему организации. В их обязанности входит обеспечение единства измерений, включая государственные испытания, с целью утверждения типа вновь произведенных или импортируемых средств измерений, надзор за состоянием и применением находящихся в эксплуатации средств измерений, обеспечение прослеживаемости передачи размера единиц физических величин в нанодиапазон всем применяемым средствам измерений, метрологическая экспертиза стандартов и иных нормативных документов, организация службы стандартных справочных данных, участие в работе международных метрологических организаций.
Для решения этих задач в области высоких технологий, включая нанотехнологию, в Ростехрегулировании создан Технический комитет по стандартизации ТК 441 "Наукоемкие технологии", функции организаторской деятельности секретариата которого возложены на Научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума Ростехрегулирования (НИЦПВ).
В ТК 441 входят подкомитеты:
ПК 1 "Нанотехнологии";
ПК 2 "Квантоворазмерные эффекты в наукоемких технологиях";
ПК 3 "Термины и определения";
ПК 4 "Методы и средства обеспечения единства измерений в нанотехнологиях";
ПК 5 "Нанотехнологии в микроэлектронике";
ПК 6 "Материалы, структуры и объекты нанотехнологии";
ПК 7 "Нанотехнологии и наноиндустрия".
В состав ТК 441 наряду с НИЦВП входят Институт радиотехники и электроники РАН, Институт кристаллографии РАН, Физико-технологический институт РАН, Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН, Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, Центр фотохимии РАН, Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Институт физики полупроводников СО РАН, Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН, Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов, Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности “Гиредмет”, фирма НТ-МДТ, Центральный научно-исследовательский технологический институт "Техномаш", Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы, Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений, Московский институт стали и сплавов, Московский физико-технический институт.
Следует отметить, что за НИЦПВ закреплено участие от России в деятельности Технического комитета ISO/TC 229 "Нанотехнологии".
Центр является также членом Международной ассоциации производителей материалов, оборудования и технологий для полупроводниковой промышленности и плоскопанельных дисплеев (Semiconductor Equipment and Materials International – SEMI).
НИЦПВ также является координатором проекта "Метрологическое обеспечение нанотехнологий" в рамках Международной организации КООМЕТ по европейско-азиатскому сотрудничеству в области метрологии, посвященного решению фундаментальных проблем метрологии в нанотехнологиях. Страны-участники: Россия, Беларусь, Украина, Словакия, Германия. На настоящий момент разработаны проект концепции метрологического обеспечения нанотехнологий и технология передачи размера единиц физических величин в нанодиапазон.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Развитие нанотехнологии, широкое внедрение ее достижений в науку, технику, производство, обеспечение качества продукции немыслимы без опережающего развития методов и средств измерений. Опережающее развитие метрологического обеспечения нанотехнологий и, в первую очередь, обеспечения единства линейных измерений в нано- и прилегающих к нему диапазонах – основа нанометрологии, один из основных факторов успешного развития нанотехнологии.
Стремительное развитие нанотехнологии в научном, техническом и прикладном плане, включая решение ряда экономических и социальных задач, предопределяет необходимость системного подхода как в организации научных исследований в данной области, так и во внедрении их результатов в различные сферы жизни общества.
Методологически под нанотехнологией обычно подразумеваются:
знание и управление процессами в нанометровом масштабе, но не исключающие объекты размером менее 100 нанометров в одном или более измерениях, когда размерный эффект приводит к возможности новых применений;
использование свойств объектов и материалов в нанометровом диапазоне, которые отличаются от свойств свободных атомов или молекул, также как от объемных свойств состоящего из них вещества, для создания более совершенных материалов, приборов, систем, реализующих эти новые свойства.
Специфическая особенность нанотехнологии – межотраслевой характер. Одно и то же явление может быть использовано в различных отраслях: информационно-телекоммуникационные технологии, медицина, фармакология, производство новых материалов, сельское хозяйство, экология и многое другое. Междисциплинарный характер нанотехнологий, разные терминология и исследовательские, технологические и измерительные подходы и методы, используемые в различных отраслях, привели к определенной разобщенности, затрудняющей успешный обмен технической информацией.
НАНОМЕТРОЛОГИЯ – МЕТРОЛОГИЯ В НАНОДИАПАЗОНЕ
История науки и техники неразрывно связана с развитием методов и средств измерений. Переход к наноуровню ставит ряд новых специфических задач, обусловленных малыми размерами элементов и структур, с которыми имеет дело нанотехнология.
В нанотехнологии, как нигде более, актуален тезис "если нельзя измерить, то невозможно создать". Все страны, вступившие в "нанотехнологическую эру", прекрасно понимают необходимость опережающего развития метрологии в этой бурно развивающейся области знания. Именно уровень точности и достоверности измерений способны либо стимулировать развитие соответствующих отраслей, либо служить сдерживающим фактором.
Что есть метрология? С одной стороны – это наука об измерениях, методах и средствах достижения их повсеместного единства и требуемых точностей. С другой стороны – это институт обеспечения единства измерений в стране, включающий стандартизацию единиц физических величин, их воспроизведение с наивысшей точностью с помощью государственных эталонов и передачу размеров единиц физических величин иерархическим образом сверху вниз всем средствам измерений (приборам), допущенным к применению на территории страны.
Главная задача метрологии – достижение такого состояния, при котором результаты измерений выражены в узаконенных единицах, и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Пользуясь обычной школьной линейкой, мы совершенно не задумываемся, что ее шкала иерархически привязана к государственному эталону метра. В результате различные пользователи разных линеек, измеряя длину одного и того же объекта, получают один и тот же результат (в рамках определенной погрешности). В этом и состоит смысл обеспечения единства измерений.
Специфика нанотехнологий привела к развитию нового направления – нанометрологии, с которой связаны все теоретические и практические аспекты метрологического обеспечения единства измерений на наноразмерном уровне. Вопервых, это эталоны физических величин и эталонные установки, а также стандартные образцы состава, структуры и свойств для обеспечения передачи размера единиц физических величин в нанодиапазон. Во-вторых, это аттестованные или стандартизованные методики измерений физико-химических параметров и свойств объектов нанотехнологий, а также методики калибровки (поверки) самих применяемых средств измерений. В-третьих, это метрологическое сопровождение технологических процессов производства материалов, структур, объектов и иной продукции нанотехнологий.
С метрологией тесно связана стандартизация, одна из первоочередных задач которой – стандартизация параметров и свойств материалов, объектов, элементов и структур нанотехнологий, подлежащих измерениям. При межотраслевом и междисциплинарном характере нанотехнологий, различной терминологии и различных исследовательских и измерительных приемах и методах – это непростая, последовательно решаемая задача, несущая в себе позитив объединяющего начала. К этой же проблеме примыкает необходимость стандартизации терминов и определений в нанотехнологиях для обеспечения общения и взаимопонимания различных групп исследователей не только внутри одной страны, но и в рамках междисциплинарного и международного обмена информацией. Закономерное следствие этого – необходимость аттестованных и стандартизованных методик выполнения измерений, а также методик калибровки и поверки средств измерений, применяемых в нанотехнологиях.
Особый аспект стандартизации – решение задач обеспечения здоровья и безопасности операторов технологических процессов и лиц, взаимодействующих с продукцией нанотехнологий на всех этапах ее производства, испытаний, исследований и применений, а также экологической безопасности окружающей среды.
Что из себя представляет сертификация? Это ничто иное, как подтверждение соответствия параметров и свойств объектов, материалов и структур, технологических процессов, а также инструментальной и измерительной базы требованиям технических регламентов, стандартов и иных нормативных документов.
Логически следует, что "наибольший вес" приходится на метрологию, поскольку именно она является количественным базисом стандартизации и сертификации.
МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО В НАНОМЕТРОЛОГИИ
Решение задач нанометрологии осуществляется на основе международного сотрудничества. В первую очередь, здесь надо отметить создание Технического комитета Международной организации по стандартизации (International organization for standardization – ISO) ISO/TC 229 "Нанотехнологии". Свое первое заседание Комитет провел 9-11 ноября 2005 г. в Лондоне. Организатор заседания – Британская организация по стандартизации.
Первоочередные задачи ISO/TC 229, сформулированные странами-участниками заседания, состоят в стандартизации по следующим направлениям: термины и определения, метрология и методы испытаний и измерений, стандартные образцы состава и свойств, моделирование процессов, медицина и безопасность, воздействие на окружающую среду. Решение этих задач, по мнению специалистов, даст мощный импульс развитию нанотехнологий и их практическому применению в различных отраслях экономики.
В рамках Технического комитета ISO/TC 229, секретариат которого ведет Британский институт стандартов, деятельность подкомитета по метрологии, методам измерений и испытаний координирует Япония, подкомитета по терминам и определениям – Канада, подкомитета по здоровью, безопасности и окружающей среде – Соединенные Штаты Америки.
В России функции государственной метрологической службы возложены на Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии – Ростехрегулирование и подведомственные ему организации. В их обязанности входит обеспечение единства измерений, включая государственные испытания, с целью утверждения типа вновь произведенных или импортируемых средств измерений, надзор за состоянием и применением находящихся в эксплуатации средств измерений, обеспечение прослеживаемости передачи размера единиц физических величин в нанодиапазон всем применяемым средствам измерений, метрологическая экспертиза стандартов и иных нормативных документов, организация службы стандартных справочных данных, участие в работе международных метрологических организаций.
Для решения этих задач в области высоких технологий, включая нанотехнологию, в Ростехрегулировании создан Технический комитет по стандартизации ТК 441 "Наукоемкие технологии", функции организаторской деятельности секретариата которого возложены на Научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума Ростехрегулирования (НИЦПВ).
В ТК 441 входят подкомитеты:
ПК 1 "Нанотехнологии";
ПК 2 "Квантоворазмерные эффекты в наукоемких технологиях";
ПК 3 "Термины и определения";
ПК 4 "Методы и средства обеспечения единства измерений в нанотехнологиях";
ПК 5 "Нанотехнологии в микроэлектронике";
ПК 6 "Материалы, структуры и объекты нанотехнологии";
ПК 7 "Нанотехнологии и наноиндустрия".
В состав ТК 441 наряду с НИЦВП входят Институт радиотехники и электроники РАН, Институт кристаллографии РАН, Физико-технологический институт РАН, Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН, Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, Центр фотохимии РАН, Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Институт физики полупроводников СО РАН, Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН, Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов, Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности “Гиредмет”, фирма НТ-МДТ, Центральный научно-исследовательский технологический институт "Техномаш", Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы, Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений, Московский институт стали и сплавов, Московский физико-технический институт.
Следует отметить, что за НИЦПВ закреплено участие от России в деятельности Технического комитета ISO/TC 229 "Нанотехнологии".
Центр является также членом Международной ассоциации производителей материалов, оборудования и технологий для полупроводниковой промышленности и плоскопанельных дисплеев (Semiconductor Equipment and Materials International – SEMI).
НИЦПВ также является координатором проекта "Метрологическое обеспечение нанотехнологий" в рамках Международной организации КООМЕТ по европейско-азиатскому сотрудничеству в области метрологии, посвященного решению фундаментальных проблем метрологии в нанотехнологиях. Страны-участники: Россия, Беларусь, Украина, Словакия, Германия. На настоящий момент разработаны проект концепции метрологического обеспечения нанотехнологий и технология передачи размера единиц физических величин в нанодиапазон.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Развитие нанотехнологии, широкое внедрение ее достижений в науку, технику, производство, обеспечение качества продукции немыслимы без опережающего развития методов и средств измерений. Опережающее развитие метрологического обеспечения нанотехнологий и, в первую очередь, обеспечения единства линейных измерений в нано- и прилегающих к нему диапазонах – основа нанометрологии, один из основных факторов успешного развития нанотехнологии.
Отзывы читателей
