Окно вместо нагревателя и кондиционера, лёгкие самолёты, вечные протезы - наука сегодня работает на то, чтобы человеку стало легче жить.
С 1 июля за чрезмерно затенённое лобовое или переднее боковое стекло автолюбителям грозит не только штраф, но и снятие номеров. Однако водители не отчаиваются. Уже возник спрос на так называемые умные стёкла с электрохромным покрытием. Они меняют прозрачность в зависимости от поданного на них напряжения. При подъезде к посту ГИБДД достаточно повернуть регулятор - и окно станет прозрачным. А попрощавшись с инспектором, вновь включить затемнение.
О новинках из научных лабораторий корреспондент «АиФ» узнал, посетив Международный симпозиум по метастабильным, аморфным и наноструктурированным материалам ISMANAM-2012. Пусть не пугают вас эти сложные термины. Пластилин, например, - тоже аморфное вещество.
И металл, и кость
Все материалы вокруг нас имеют стандартную кристаллическую структуру. Но если с помощью внешнего воздействия её изменить, то могут появиться новые свойства - эластичность, упругость, высокая прочность и т. д. Простой пример.
Обычная сталь состоит из «зёрен» размером 30 микрон. Если определённым способом уменьшить размер этого структурного элемента до 0,1 микрона (100 нанометров), сталь станет прочнее в 1,5 раза! Кстати, после такой манипуляции её можно смело относить к наноматериалам.
«Или другой пример из металлургии, - говорит Михаил Филонов, проректор по науке и инновациям Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», где и прошёл форум. - Ни одно производство, имеющее дело с жидким металлом, не может обойтись без применения огнеупорной керамики. Из неё делают сталеплавильные агрегаты, ковши. Однако внутренняя облицовка недолговечна, её надо время от времени перекладывать, что означает остановку производства. Представьте: через сталеразливочный стакан практически в один момент проходит 300 т жидкого металла! А ведь от этой детали зависит эффективность всего процесса. Так вот, мы добавляем в огнеупорную керамику, из которой сделан стакан, нанопорошок, и стакан становится плотнее и прочнее. Его срок службы продлевается в разы. Такой проект мы уже реализовали на Череповецком комбинате».
Наноструктурная керамика находит применение и в медицине. Скажем, сегодня в стоматологии для протезирования используют титан и кобальт - металлы, крайне агрессивные по отношению к организму и постепенно отравляющие его. Можно поставить обычную керамику, но она вскоре придёт в негодность. А вот если изменить саму структуру керамики - со стандартной кристаллической на наноструктуру, - конструкция будет прочнее на удар и изгиб, станет меньше истираться, то есть по механическим свойствам сравняется с металлами, а по биологическим - приблизится к костной ткани.
Лёгкая броня
«В нашей стране много интересных и полезных разработок, - продолжает Михаил Филонов. - Наиболее перспективны композиты - искусственно созданные неоднородные сплошные материалы. Например, в России в целом и в нашем вузе в частности ведутся разработки брони на их основе. Такой композиционный материал сопоставим по прочности с броневой сталью, но весит в 2-3 раза меньше. Композиты всё шире проникают в автомобилестроение: из них уже сделаны болиды «Формулы 1», ряд серийных спортивных автомобилей. При том же функционале и свойствах машина становится заметно легче. Аналогичная тенденция в аэрокосмическом комплексе: «Боинг» сейчас переходит к выпуску цельнокомпозиционных корпусов самолётов».
«Или возьмём такой пример из медицины, - рассказывает Сергей Калошкин, директор Института новых материалов и нанотехнологий НИТУ «МИСиС». - Там уже применяют лёгкие и износостойкие материалы, из которых делают имплантаты, обладающие так называемой памятью формы. Они необходимы в реставрации костных тканей. Допустим, человеку нужен новый искусственный сустав. В своей основе сустав имеет две трущиеся поверхности, обычно шарообразные. Сегодня у таких имплантатов, даже западного производства, есть недостаток: после 5-7 лет в прилегающих к суставу областях накапливаются продукты трения. Как их удалять? Это проблема. Мы добавили в полимер, из которого сделан протез, специальные наночастицы. В результате его износостойкость возросла более чем на 50%, коэффициент трения снизился, а срок службы сустава увеличился».
Ещё одно интересное направление - уже упомянутые «умные стёкла». Поборникам энергосберегающих технологий есть чему радоваться. Как известно, через окна уходит половина тепла, удерживаемого в помещении. Учёные научились интегрировать в состав стекла специальное покрытие, которое способно пропускать тепло только в одном направлении. Первые результаты испытаний показывают, что внедрение данной технологии в целом по стране (а она у нас, напомним, северная и достаточно холодная) позволит уменьшить потребление тепловой энергии в домах на 5-10%. В итоге сократятся коммунальные платежи. То же самое покрытие, если стекло перевернуть, можно использовать с противоположным эффектом: окно перестанет пропускать ультрафиолетовое излучение в дом, и в жаркую погоду можно сэкономить на кондиционере.
Ещё есть «умные стёкла», заменяющие жалюзи: благодаря жидкокристаллическому полимеру они способны становиться то прозрачными, то матовыми. Уже сейчас их ставят в офисах для организации приватных переговорных комнат - в обычном состоянии такое помещение остаётся частью внутреннего пространства офиса, но при желании его мгновенно превращают в кабинет с молочно-белыми стенами.
В целом же новые материалы становятся всё эффективнее - прочнее, легче, надёжнее. Сделанные из них устройства - те же новомодные гаджеты - будут служить дольше и уметь больше. Тем более что на смену микроэлектронике идёт наноэлектроника, где количество интегральных схем, а с ними и быстродействие прибора резко возрастает.
