ЧТО ТАКОЕ КОМПОЗИТ?

"Стальные нервы", "железный характер" — что ни говорите, а сравнения с металлами, когда мы хотим подчеркнуть твердость и прочность, давно вошли в наш лексикон. Однако вы уже убедились, что чистые металлы — это не всегда хорошо. Как чистый бульон — пресно и невкусно, а добавим щепотку соли — совсем иное дело!

Но почему для улучшения свойств материалов к металлам надо добавлять металлы? По стали вы уже знаете, что вовсе не обязательно. Вот, скажем, железобетон. Чистый металл на изготовление целой панели, трубы или столба тратить просто жалко, да и не лучшее получилось бы изделие. А сочетание упругого и прочного железа с более легким, хорошо удерживающим тепло и дешевым бетоном дает прекрасный результат. Вон сколько железобетона вокруг "в работе"!

Соединение совершенно разнородных материалов в одно целое для достижения качеств, не присущих им в отдельности, стало сейчас очень распространенной технологией. А сами такие материалы назвали композитами. Изготовить их — и наука, и искусство, сродни икебане — умению составлять букеты. Ведь отнюдь не все цветы способны сосуществовать, иные и губят друг друга. А вот подберете их особым образом — и все их запахи, цвета, формы словно объединяются в фантастический, не "снившийся" природе набор.

Так появились на свет специальные керамики — очень сложные порой по составу вещества, и отдаленно не напоминающие обычную керамику, используемую веками для посуды. Один из ее новых видов, скажем, пошел на облицовку космических кораблей многоразового использования, которым приходится испытывать неимоверные прочностные и температурные перегрузки. А некоторые детали ракетных двигателей оказываются в потоке раскаленных газов, когда и тугоплавкий вольфрам не выдерживает. Опять нужен комбинированный материал!

Сегодня удается вырастить тончайшие (тоньше волоса!) нитевидные кристаллы ("усы"), обладающие невероятной прочностью и жесткостью. Сами по себе, отдельно, они хрупки, но если их "связать" наполнителем — смолой, то полученный композит будет удивительно легким и в то же время необыкновенно прочным. А "усы"-волокна делают из угля и стекла. Не удивляйтесь, в виде тонких нитей они ничем не уступают стали.

Итак, изобретены материалы прочнее стали, тверже титана и легче алюминия, материалы, обладающие уникальными механическими и тепловыми свойствами. Ими уже оснащают автомобили, самолеты, ракетную технику, создают из них невесомые велосипеды, крепкие теннисные ракетки, хоккейные клюшки... И промышленность, и спорт, и отдых, и быт требуют их все больше и больше.

КАК ПОЯВИЛАСЬ НА СВЕТ РЕЗИНА?

Кто не знает сейчас жевательной резинки! А ведь у нее есть далекий "предок" — каучук, получаемый из сока дерева гевеи, растущего в Южной Америке. Издавна индейцы употребляли его в качестве "жвачки".

Замечательные свойства каучука стали использовать около двухсот лет назад в Европе. С его помощью пытались сделать непромокаемыми обувь и одежду. Однако на холоде такие изделия трескались, а в жару липли к телу. Тысячи опытов пришлось поставить американскому изобретателю Ч. Гудьиру, пока он почти случайно не наткнулся на способ получения резины. Нагревая каучук с серой, можно получить материал, остающийся и прочным, и эластичным в широком диапазоне температур.

Патент на вулканизированный — нагретый с серой — каучук Гудьир оформил в 1844 году. Но по-настоящему широко это изобретение стало применяться в нашем веке, когда потребовалось огромное количество резины для изготовления автомобильных шин. И тут стало ясно, что натурального каучука решительно не хватает — вплоть до того, что одни страны попадали в зависимость от других, не имея возможности развивать свою автомобильную промышленность. Требовался искусственный каучук, требовалось изобретение.

На помощь вновь пришла наука. Ученые-химики проанализировали строение каучука и поняли, как его можно получить промышленным путем. Дело в том, что каучук относится к так называемым углеводородным полимерам, в которых химические элементы углерод и водород соединяются в длинные цепочки. Они-то при определенном сочетании и обеспечивают материалам такие свойства, как растяжимость, легкость, прочность, термостойкость. Разгаданный секрет позволил вскоре перейти на промышленное производство синтетического каучука.

Более того, выяснилось, что самые разные полимеры, природные и созданные на основе нефти и угля, имеют массу полезных качеств. Из них начали изготовлять пластики, победное шествие которых припглось на шестидесятые и семидесятые годы. Оглянитесь вокруг себя — наверняка вам не хватит пальцев на обеих руках, чтобы перечислить изделия из пластмасс, начиная с ручки, которой вы пишете, до тефлоновой сковородки. Или, скажем, необыкновенно прочный материал кевлар, идущий на пуленепробиваемые жилеты. Или изолирующая оболочка проводов, розетки, штепсели, выключатели... Современные пластмассы превосходят по своим качествам большинство природных материалов.

Казалось, что пластмассы стали вытесняться сплавами и композитами. Однако ученые добились прекрасных результатов в получении искусственных углеводородов — не из дефицитной нефти, а из газа метана, причем не подземного, а выделяемого... бактериями в процессе гниения и брожения растительного сырья. Плюс к этому новые виды пластмасс приобрели такие достоинства, что готовы "побороться" за применение в производстве самого широкого круга товаров — от утюгов до буровых установок.

МОЖЕТ ЛИ КРИСТАЛЛ БЫТЬ ЖИДКИМ?

Вы наверняка видели переливчатые крылья жука или стрекозы, наблюдали за быстро меняющимися цифрами электронных часов и уж, конечно, каждый день моете руки с мылом. Трудно догадаться, что может объединять эти вроде бы совсем не связанные наблюдения и действия. Оказывается, общими их участниками являются... жидкие кристаллы.

Что за несуразица, скажете вы, все равно что "громкая тишина" или "теплый холод". Как такое может быть? А вот представьте — может! Есть такие вещества, и природные, и искусственные, которые в определенном диапазоне температур текучи, как жидкости, но сохраняют внутренний порядок составляющих их частиц-молекул, присущий твердым телам. При понижении температуры они превращаются в твердые кристаллы, а нагрей их — станут обычными жидкостями. И что же делать с такими "ни то, ни се"?

Скорее это — и то, и другое, то есть вещества, удивительным образом объединяющие свойства кристаллов и жидкостей. Образуются они из органических цепочек, похожих на уже знакомые вам полимеры. Удлиненная форма этих мельчайших частиц, ведущих себя подобно рыбкам в стае, определяет необычные качества жидких кристаллов.

Например, в мыле эти частички укладываются в двойные слои, легко скользящие друг по другу. "Хвостиками" частички выстроились по одному направлению, ими они и схватывают, смывают грязь.

Может быть, вы замечали, как рыбы в стае одновременно поворачивают в одну сторону. Так и частички жидких кристаллов способны сразу, по внешнему сигналу, менять свою ориентацию. Когда вы смотрите на табло микрокалькулятора или часов, там происходит похожий процесс — на определенные участки подается электрический сигнал и они изменяют свою прозрачность. А вы видите цветные цифирки, сложенные из таких участочков.

Столь необычные свойства этих веществ привлекли внимание конструкторов телевизионных трубок. Электронный лучик, рисующий изображение на экране такой трубки, должен успеть разогнаться, а для этого ему нужно не столь уж малое расстояние. Потому-то обычные телевизоры и компьютерные мониторы порой в толщину не меньше, чем в высоту. А вот применение жидкокристаллических материалов сделает экраны и широкоформатными, и плоскими. Такие телевизоры хоть на стенку вешай — как календарь.

Потребность в новых экранах настолько велика, что в их разработку уже вкладывают по несколько миллиардов долларов в год. Вообще с жидкими кристаллами связывают большие надежды — многие ученые прогнозируют в ближайшее десятилетие самый быстрый рост этого направления микроэлектроники.

Вернуться в раздел: Энциклопедия Науки и техники

Обсудить эту статью на нашем форуме >>>

§ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ - НАУЧНЫЕ ОТКРЫТИЯ, ИЗОБРЕТЕНИЯ, ДОСТИЖЕНИЯ

Ключевые слова этой страницы: энциклопедия, научные, открытия, изобретения, достижения.

Скачать zip-архив: Энциклопедия - Научные открытия, изобретения, достижения - zip. Скачать mp3: Энциклопедия - Научные открытия, изобретения, достижения - mp3.