Дослідження та розробки в галузі фулеренів в Росії: досвід наукометріческого аналізу

А. І. Терехов, А. А. Терехов

Введення

Історія відкриття фулеренів і почала захоплюючого світового проекту по їх вивченню багаторазово відтворена в літературі [1, 2]. У Росії інтерес до дослідження нових форм вуглецю, що увінчалися розрахунковим обгрунтуванням стабільності молекули Cgo у формі усіченого ікосаедра, зародився ще наприкінці 1960-х рр.. [3]. Однак повномасштабна участь російських вчених у фуллереновой проблеми належить до початку 1990-х рр.. Саме з цього часу доцільно побудова та аналіз наукометріческіх показників розвитку даної галузі в нашій країні. Виконане дослідження охоплює період 1991-2003 рр.. і засновано на бібліометріче-ської статистикою, отриманої з баз даних: SCISEARCH; РФФМ; Роспатенту; ВАК Росії, а також сформованої консолідованої вибірки журнальних публікацій російських вчених. На тлі активного росту наукометріческіх досліджень, присвячених науці про фулеренів у світі [4-7], справжня робота покликана заповнити певний пробіл по відношенню до внеску в її розвиток вітчизняних вчених. Всього для дослідження відібрано 2250 документів з фулеренів, з них: 82,0% - журнальні статті; 10,5% - праці конференцій; 4,4% - патенти; 3,1%-дисертації (рис. 1).

Наукометріческіе показники розвитку області

Незважаючи на труднощі, які вітчизняна наука переживала у розглянутий період, в галузі досліджень з фулеренів Росія в четвірку світових лідерів [8]. Важливу роль в об'єднанні розрізнених зусиль російських вчених і виділення проблеми в окрему наукову область відіграло формування програмного напряму «Фулерени і атомні кластери» в рамках ДНТП «Актуальні напрямки у фізиці конденсованих середовищ "(1994 р.), а також підтримка заснованого дещо раніше РФФМ. Це стимулювало створення російського співтовариства дослідників, що займаються проблемою вивчення і застосування фулеренів. Динаміку інтересу до даної проблематики, формування конкурентоспроможних наукових колективів відображають рис. 2 і 3.

Рис. 1. Розподіл відібраних документів з фулеренів по роках

Рис. 2. Щорічна кількість журнальних публікацій російських вчених з фулеренів

1 - DB SCISEARCH, 2 - консолідована вибірка, 3 - в російських журналах, 4 - в іноземних журналах 60

Рис. 3. Кількість поданих заявок (Т) та отриманих грантів РФФМ (2) на дослідження в області фулеренів

Згідно відібраним ініціативним проектів РФФМ складу інститутів - учасників фундаментальних досліджень в галузі фулеренів до 2003 р. практично сформувався. Проектні дослідження за розглянутий період проводилися в 56 наукових організаціях, серед яких переважають академічні НДІ (68%), далі йдуть ГНЦ та галузеві НДІ (20%), вузи (12%). Дослідницьку активність організацій і міст в останні роки характеризує їх внесок у масив публікацій 2002-2003 рр..: МДУ ім. М. В. Ломоносова - 15,5%, Інститут проблем хімічної фізики РАН - 13,0%, Фізико-технічний інститут ім А.Ф. Іоффе РАН - 11,3%, Інститут високомолекулярних з'єднань РАН - 10,3%, Інститут елементоорганіческіх з'єднань ім. А.Н. Несмеянова РАН - 8,2%, Інститут фізики твердого тіла РАН - 7,1%; Москва - 36,5%, Санкт-Петербург - 32,3%, Чорноголовка - 17,4%, Троїцьк - 7,5%, Казань - 5,0%, Нижній Новгород - 3,1%, Новосибірськ -- 2,7%, Єкатеринбург - 2,3%, Красноярськ - 2,3%, Уфа - 1,5%.

Слід зупинитися на кадрову складову, оскільки чисельність, структура, мотивація і творча активність сформувався наукової спільноти, можливості його відтворення в значній мірі визначають перспективи розвитку області. За розглянутий період близько 1800 російських вчених взяли участь у дослідженнях з

фулеренів, опублікувавши від 1 до 137 статей у наукових журналах (дані консолідованої вибірки). У лідируючу десятку за цим показником входять: О.В. Болталіна (химфак МДУ) - 137; Л.Н. Сидоров (химфак МДУ) - 92; В.Н. Згонник (ІТТ РАН, СПб) -85; Ю.М. Шульга (ІПХФ РАН, п. Чорноголовка) -84; А.П. Моравський (ІПХФ РАН, п. Чорноголовка) - 74; В.І. Соколов (ІНЕОС РАН, Москва) - 67; Д.В. Конарев (ІПХФ РАН, п. Чорноголовка) - 67; А.С. Лобач (ІПХФ РАН, п. Чорноголовка) - 66; Р.Н. Любовская (ІПХФ РАН, п. Чорноголовка) - 64; Є.Ю. Меленевський (ІТТ РАН, СПб) -- 59 публікацій. Для розподілу наукової продуктивності характерно «розсіювання» статей по великому числу малопродуктивних і їх «концентрація» на значно меншому масиві високопродуктивних вчених. Порівняння гіперболічних розподілів, що описують російське (побудовано нами) і світове співтовариство фуллереновое [5], показало щодо менше розшарування перший за продуктивністю, що побічно свідчить про більш ранній стадії розвитку даної галузі в нашій країні. Ци-тіруемость праць вченого - важливий показник його наукового "ваги". Згідно з даними SCI найбільш цитованих російськими вченими в області фулерен-нів є: О.В. Болталіна (841 посилання на 95 робіт); В.Д. Бланк (489/40); Л.Н. Сидоров (464/51); В.І. Соколов (421/58); В.А. Давидов (402/41); А.П. Моравський (393/62); Д.В. Конарев (356/62); А.В. Єлецький (322/25); В.В. Башилов (290/48); І.В. Станкевич (240/48); Ю.М. Шульга (357/70).

Слід, однак, відзначити, що старіння кадрів і «витік умів» можуть стати серйозною проблемою для подальшого розвитку галузі в нашій країні. Так, число активних і мотивованих дослідників (тих, хто опублікував у 2002-2003 роках. більше однієї статті з фулеренів) склало близько 370 чоловік. Середній вік 50-ти найбільш продуктивних з них дорівнював у 2003 р. 52 років, а представників перші десятки перевищив 56 років. Причому наймолодші з першої десятки - О.В. Болталіна, А.П. Моравський і Д.В. Конарев - вже перебувають у фактичній або наукової еміграції в США і Японії. Додамо, що російський «фуллереновая діаспора »налічує десятки вчених світового класу, що проживають в Європі, США і Японії. Свого часу це допомогло в налагодженні контактів із зарубіжними колегами, отриманні міжнародних грантів, що сприяло підтриманню досліджень на високому рівні і всередині країни, проте від'їзд учених означає безповоротну втрату накопиченого невіддільне знання, оголення інноваційної системи. Як приклад пошлемося на два винаходи за участю російських вчених (в області фторування фулеренів і багатошарових фулеренів), запатентовані в США на іноземних заявників: німецьку фірму з виробництва оптоволокна і японський центр з дослідження матеріалів [9, 10]. Відбувається також розрив спадкоємності поколінь, відставання в підготовці кваліфікованих дослідних кадрів. Хоча в 2002-2003 рр.. мала місце позитивна динаміка у підготовці кандидатів і докторів наук (рис. 4), по кількості присуджуються вчених ступенів у галузі вивчення фулеренів Росія поступається США на порядок [4]. Поєднання більш ранній стадії розвитку області у нашої країни з «старим» науковим співтовариством не може не насторожувати.

Для розвитку науки про фулеренів характерне широке міжнародне співробітництво. Співавторами російських учених у більш ніж 26% публікацій з фулеренів за розглянутий період були їхні закордонні колеги з 39 країн, розташованих на всіх континентах світу. Найбільш тісними ці зв'язки були з Німеччиною, Великою Британією та США, далі йдуть Франція, Японія та Швеція. Росія співпрацює з усіма головними учасниками світової наукової гонки, крім Китаю. Цікаво, що пік інтенсивності співробітництва з Німеччиною, Великою Британією, Японією і США припадає на 2002-2003 рр.., Тоді як з Францією - на 1994 р., зі Швецією - на 2001 р.

Про рівні внеску російських вчених у дослідження з фулеренів говорять відсоток цитованих публікацій з їх участю і середня кількість посилань на одну публікацію: 73,8 і 5,7 відповідно (розраховано за БД SCISEARCH для періоду 1991-2001 рр..). Це вище аналогічних показників, розрахованих у літературі для таких галузей науки, як фізика (53,1/3,04) і хімія (33,4/0,95) [11]. У Наукознавство прийнято вважати, що стаття справила вплив на розвиток науковій галузі, якщо на неї посилалися більше 40 разів. Таких статей 23, з них: 3 огляду, 15 соавторскіх статей із зарубіжними колегами і, нарешті, 5 -- оригінальні статті, написані тільки російськими авторами. Це роботи з ультратвердому і надтвердих фуллеріту Cg0 [12] (ФДМ «ТІСНУМ» та Інститут спектроскопії РАН, м. Троицк); по цибулинна вуглецю [13] (Інститут гідродинаміки СО РАН, м. Новосибірськ); про новий фазовому переході фуллеріта Cg0 на Т-Р діаграмі [14] (ІФТТ РАН і ІПХФ РАН, п. Чорноголовка); про синтез і структурі комплексу фулерену з паладієм [15] (ІНЕОС РАН, Москва); по термодинамічних властивостях фулеренів [16] (химфак МДУ). Пріоритет російських вчених у галузі синтезу та застосування надтвердого матеріалу на основі фулерену Cg0 був закріплений надалі чотирма російськими і американським [17] патентами. Найбільш цитованої (173 посилання) виявилася спільна стаття [18] вчених з м. Єкатеринбурга з колегами з Німеччини та США. Стаття присвячена надпровідним властивостям фулерену Cgo в поєднанні з лужним металом і цитувалася надалі в таких авторитетних журналах, як «Nature», «Journal of the American Chemical Society »,« Journal of Superconductivity »та ін Хорошим потенціалом впливу має стаття російських вчених (ФТІ РАН, м. СПб і ІФВД РАН, м. Троицк) і їхніх колег зі Швеції, Німеччини і Бразилії [19], процитована 66 разів менше ніж за два роки. Інтерес обумовлений прикладними можливостями відкриття феромагнітних властивостей полімеризованого фулерену для розробки систем зберігання даних нового покоління, створення легких неметалевих покриттів, що захищають авіаційні конструкції від електромагнітного випромінювання, перешкод і т.д.

Рис. 4. Динаміка виданих російських патентів (7), дисертацій (2), затверджених ВАК Росії

Перспективи застосування фулеренів

До справжнього моменту коло можливих застосувань фулеренів в основному позначений [20]. У Росії, крім уже зазначених, проводяться різноманітні дослідження та розробки в різних областях можливого застосування фулеренів (докладніше див [21 ]).

В галузі біології та медицини створені водорозчинні амінокислотні і пептидні похідні фулерену Cg0 для використання в якості ад'юван-тов в високоефективних вакцинах [22] та антивірусні препарати [23]; розроблений фуллеренсодержащій сорбент для корекції плазми крові з метою попередження і лікування атеросклерозу [24]; ведеться вивчення перспектив застосування фулерен-кисень-йодного лазера для лікування раку і вірусних інфекцій (грант МНТЦ № 2592 «Лазерна фулерен-киснева терапія БІОЛОФТ »).

В галузі енергетики проводяться дослідження з розробки накопичувачів водню на основі вуглецевих наноструктур (фулеренів, УНТ, вуглецевих нановолокон); винайдений вченими з НДІ Лазерної фізики (м. СПб) фулерен-кисень-йодний лазер [25] може бути використаний в лазерної енергетиці для передачі сонячної енергії на великі відстані з високим ККД.

В трибології вивчаються трибологічних властивості фулеренів і фуллеренсодержащіх матеріалів для застосування в якості присадок до мастил і консистентним змащенням [26]; розроблені матеріали з поліпшеними трибологічних властивостями шляхом введення в полімерне сполучна поліедральних багатошарової вуглецевої наноструктури фуллероідного типу [27], а також високотемпературного пресування сумішей порошків заліза або кобальту і фулл-рітов [28].

В металургії інтерес представляє синтез фулеренів та їх сполук у структурі залізовуглецевих сплавів. Виявлено зародження фулеренів в розплавах сталей в процесі їх кристалізації і присутність вуглецевих скупчень у вигляді фулеренів на прикладі сірого чавуну [29]; досліджені закономірності формування фуллеренсодержащіх фаз в матеріалах, отриманих методом порошкової металургії [30].

Деякі перспективні вітчизняні розробки представлені в збірці з символічним назвою «Перспективи фуллереновой нанотехноло-гии», що вийшов під редакцією одного з основоположників науки про фулеренів Е. Осава [31]. Ряд із них доведений до готових технологій: це технологія виробництва надтвердих матеріалів на основі фулеренів [32] і технологія наномодіфіцірованія залізовуглецевих розплавів (брала участь в «Конкурсі Російських Інновацій» 2004-2005 року).

Незважаючи фулеренів і продуктів на їх основі виявилася більш складною і багатогранною, що вимагає, наприклад, принципових технологічних змін, обліку можливих екологічних небезпек і т.д. Практичне застосування фулеренів в Росії поки обмежена, вони використовуються для виготовлення елементів високоточних приладів, в якості каталізаторів при синтезі алмазів з графіту, наномодіфікаторов вуглепластиків, для надання гідрофобних властивостей мар-мороподобним порід при реставраційних роботах та ін Останнім часом вченими з Санкт-Петербурга пропонується використовувати в якості нового більше дешевого нанокластерного матеріалу дугову вуглецеву сажу. Як зазначено вже на нинішньої конференції: більш широкому застосуванню фулеренів могла б сприяти орієнтація на «середні», а не лише високі технології.

Висновок

Незважаючи на відсутність промислових реалізацій, інтерес до вивчення фулеренів та їх похідних продовжує залишатися у світі на досить високому рівні [8]. Росія займає тут непогані (вищі, ніж в цілому у фізиці та хімії) позиції, проводячи дослідження за всіма основними напрямками науки про фулеренів. У короткі терміни вдалося сформувати національну наукову спільноту, займається проблемами цієї науки на світовому рівні. Як підтвердження можна відзначити «точки переваги»: ультратвердий матеріал на основі фулерену С60; фулерен-кисень-йодний лазер; феромагнітний полімерний фулерен С60. Є значні досягнення в галузі дослідження нелінійно оптичних властивостей фулеренів, створення на їх основі противірусних вакцин і ін Цілий ряд публікацій російських авторів володіє високим імпакт-фактором, вийшли перші вітчизняні монографії з фулеренів (2001, 2005 рр..). Успішні російські розробки відрізняє, як правило, висока наукоємність (зв'язок з фундаментальними дослідженнями), початкова спрямованість на випередження, а не повторення зарубіжних результатів. По ряду характерних показників [33] впровадження вуглецевих наноструктур здатне стати важливим сектором формується в світі економіки знань. Щоб вписатися в цей процес, Росії має бути подолати цілий комплекс проблем, головна з яких - низький внутрішній попит на знання. Без цього наука буде залишатися незатребуваною з усіма наслідками для країни негативними наслідками: відплив перспективної молоді за кордон, старіння дослідних кадрів, оголення національної інноваційної системи і т.д.

В закінчення підкреслимо: наявність сучасних баз даних дозволяє, використовуючи засоби інформаційного аналізу та наукометріі, сформувати досить цілісне структуроване уявлення про стан і перспективи розвитку тій чи іншій науковій галузі, науково-технічного спрямування. У поєднанні з експертним аналізом це створює корисний інструмент для конструктивної економіки знань.

Список літератури

1. Смоли Р.Е., Керл Р.Ф., Крото Г. Успіхи фіз. наук, 1998, т. 168, № 3, с. 323-358.

2. Харгіттаі І. Відверта наука. Бесіди зі знаменитими хіміками. М: УРСС, 2003, 469 с.

3. Бочвар Д.А., Гал'перн Є.Г. Докл. АН СРСР, 1973, т. 209, № 3, с. 610-612.

4. Вгаіп Т., Schubert A.P., Kostoff R.N. Chem. Rev., 2000, v. 100, № 1, p. 23-37.

5. Kostoff R.N., Вгаіп Т., Schubert A.P. e. a. J. Chem. Inf. Corn-put. Sci., 2000, v. 40, № 1, p. 19-39.

6. Gupta V.K. Scientometrics, 1999, v. 44, № 1, p. 17-31.

7. Вгаіп Т., Schubert A.P., Kostoff R.N. J. Chem. Inf. Comput. Sci., 2002, v. 42, № 5, p. 1011-1015.

8. Terekhov A.I., Efremenkova V.M., Stankevich I.V. e. a. Book of Abstracts: 7th Biennial Int. Workshop «Fullerenes and Atomic Clusters ». St Petersburg, 2005, p. 288.

9. US Patent № 6386468, 14.05.2002.

10. US Patent № 6509095, 21.01.2003.

11. http://magazines.russ.ru/oz/2002/7/2002_07_39.html.

12. Blank V.D., Buga S.G., Serebryanaya N.R. e. a. Physics Letters A., 1995, v. 205, p. 208-216.

n.Kuznetsov V.L., Chuvilin A.L., Butenko Y.V. e. a. Chem. Phys. Lett., 1994, v. 222, p. 343-348.

U. Bashkin Т.О., Rashchupkin V.I., Gurov A.F. e. a. J. Phys. Condensed Matter., 1994, v. 6, p. 7491-7498.

15.Bashilov V.V., Petrovskii P.V., Sokolov V.I. e. a. Organometal., 1993, v. 12, p. 991-992.

16. Korobov M.V., Sidorov L.N. J. Chem. Thermodyn., 1994, v. 26, p. 61-73.

17. US Patent № 6245312, 12.06.01.

18. Satpathy S., Antropov V.P., Andersen O.K e. a. Phys. Rev. B. Condensed Matter., 1992, v. 46, p. 1773-1793.

19.Makarova T.L., Sundqvist В., Hohne R. e. a. Nature, 2001, v. 413, p. 716-718.

20. Сидоров Л.Н., Юровська М.А., Борщівський А.Я. та ін Фул-лерени. М.: Изд-во «Екзамен», 2005, 687 с.

21. Терехов А.І., Терехов А.А. Міжгалузева інформаційна служба, 2004, № 2, с. 12-30.

22. Патент РФ № 2129436, 27.04.99.

23. Патент РФ № 2196602, 20.01.03.

24. Патент РФ № 2118541, 10.09.98.

25. Патент РФ № 2181224, 10.04.01.

26. Гінзбург Б.М., Точільніков Д.Г. Проблеми машинобудування і надійності машин, 2002, № 2, с. 60-68.

27. Патент РФ № 2188834, 10.09.02.

28. Патент РФ № 2123473, 20.12.98.

29. Закірнічная М.М. Завод, лаб. Діагностика матеріалів, 2001, т. 67, № 8, с. 25-30.

30. Гревнов Л.М. Изв. высш. Учеб. закладів. Чорна металургія, 2003, № 3, с. 42-45.

31. Perspectives of Fullerene Nanotechnology. Ed. E. Osawa. Norwell, MA: Kluwer Academic, 2002, 385 p.

32. www.extech.ru/s_e/min_s/niokr/krittech/annot/3-06.htm.

33. Макаров В.Л. Вісник РАН, 2003, т. 73, № 5, с. 450-456.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.chem.msu.su/