Часть 2

Раздел НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ по традиции посвящен материалам с необычными свойствами. 12 января www.strf.ru пишет о том, что «Будущее – за металлическими стёклами». «Могут ли стёкла быть прочнее стали? Да. Исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренс Беркли Департамента энергетики США и Калифорнийского технологического института создали металлическое стекло на основе палладия, обладающее необычайно высокой стойкостью к повреждениям. Свойства материалов зависят от их структуры. Например, аморфные стёкла – это твёрдые, но хрупкие материалы. Металлы с их кристаллической решёткой не раскалываются на кусочки, но уступают стёклам по твёрдости. В последние годы активно исследуются металлические стёкла – эти материалы могут быть твёрдыми, но при этом не разбиваются. Они представляют собой сплавы из нескольких металлов, атомы которых при достаточно быстром охлаждении не выстраиваются в кристаллическую решётку, а остаются в стеклоподобном аморфном состоянии. Мариос Деметриоу и его коллеги экспериментируют с материалами, сочетающими аморфные и кристаллические структуры. Одна из прошлых разработок учёных, металлическое стекло DH3, состояла из кристаллических древовидных структур, окружённых аморфным веществом. Такое стекло отвечало на деформацию образованием полос сдвига, из которых при дальнейшем воздействии возникали трещины. Но распространение этих трещин останавливалось, когда разрушение доходило до кристаллической части материала. В новой работе учёные описывают металлическое стекло, структура которого препятствует переходу полос сдвига в настоящие трещины. «Энергия, необходимая для формирования полос сдвига в этом палладий-содержащем материале, намного ниже, чем энергия, необходимая для того, чтобы эти полосы сдвига перешли в трещины, – цитирует объяснение Роберта Ричи, одного из авторов исследования, сайт лаборатории Беркли. – В результате это стекло пластично при сжатии, и скорее согнётся, чем сломается». Первые образцы нового сплава состояли из палладия, кремния, германия и фосфора. Этот состав позволил получить стержни до 1 миллиметра в диаметре. При добавлении серебра в состав сплава диаметр образцов удалось увеличить до 6 миллиметров. Размеры стёкол ограничены необходимостью быстрого охлаждения жидкого сплава, а добавление нового компонента снижает склонность сплава к образованию кристаллических решёток. «Общий принцип такой: если мы смешиваем пять элементов или больше, то при охлаждении материал “не понимает”, какую кристаллическую структуру он должен образовать, и остаётся аморфным», – говорит Ричи. Эксперименты показали, что новый материал действительно сочетает твёрдость, присущую стёклам, с характерной для металлов устойчивостью к образованию трещин. Широкому применению этого металлического стекла в технике, скорее всего, помешает высокая стоимость палладия, но исследователи планируют продолжать работу с разными, в том числе более дешёвыми, сплавами».

18 января www.nanonewsnet.ru сообщает, что «Британских солдат оденут в «полужидкую» броню». «Специалисты оружейного гиганта BAE Systems разработали вязкое вещество, по консистенции напоминающее крем или соус. Химический состав, понятно, держится в секрете. Испытания показали, что 10 слоёв кевлара, обильно «промазанных» этой субстанцией, «держат» выстрел из 9-миллиметрового пистолета лучше, чем 31 слой кевлара обыкновенного. Сама по себе жидкость, конечно, не может защитить человеческое тело от пуль и осколков. А вот в качестве прослойки между пластинами бронежилета она эффективно «гасит» попадание. Специалисты оружейного гиганта BAE Systems разработали вязкое вещество, по консистенции напоминающее крем или соус. Химический состав, понятно, держится в секрете. Испытания показали, что 10 слоёв кевлара, обильно «промазанных» этой субстанцией, «держат» выстрел из 9-миллиметрового пистолета лучше, чем 31 слой кевлара обыкновенного. Всё дело в том, что в обычном бронежилете ударный импульс сосредоточен на малом участке — поэтому пуля и проникает глубже. В итоге боец хотя и выживает, но получает ушибы, переломы рёбер, а иногда серьёзные повреждения внутренних органов. Ну а в безымянной пока новинке жидкие слои гасят удар, распределяя импульс по поверхности брони. Результат очевиден — меньший ущерб драгоценному пушечному мясу. Современные бронежилеты довольно тяжелы: так, защита из керамических пластин весит 10 кг. Вариант BAE Systems будет вдвое легче. В компании потирают руки, рассказывая о «высоком интересе со стороны Минобороны Великобритании». Очень может быть, что уже к 2013 году производство модифицированной брони пойдёт полным ходом. Очевидно, что похожая модель понадобится также полиции и спасательным службам…»

«Создан рекордный аэрогель из углеродных нанотрубок», пишет 13 января www.membrana.ru. «Эластичный, но при этом сравнительно прочный и чрезвычайно лёгкий твёрдый материал получен недавно в США. Его создатели считают, что новинка пригодится в химической промышленности и электронике. Самый лёгкий аэрогель, также называемый замороженным дымом, обычно получают из диоксида кремния. Но исследователи из университета центральной Флориды использовали в качестве строительных блоков многослойные углеродные нанотрубки (MWCNT). Химики поместили отдельные нанотрубки в органический раствор, свойства которого позволили трубкам организоваться в разветвлённую сеть с прочными и постоянными химическими связями. Далее жидкость была удалена. Плотность полученного таким образом материала составила четыре миллиграмма на кубический сантиметр. Это сопоставимо с параметром самых низкоплотных версий классического аэрогеля из кварца и рекорд для аэрогелей из нанотрубок (над такими сейчас работают в нескольких лабораториях). Для сравнения: плотность воздуха при атмосферном давлении и комнатной температуре — 1,2 мг/см³. Благодаря иерархической структуре с пустотами поперечником порядка 50-150 микрометров площадь поверхности нового материала достигла солидных 580 квадратных метров на грамм. Также важно, что у нового материала оказалась хорошая электропроводность, а ещё очень высокие эластичность и упругость. Всё вместе это, по мнению авторов работы, позволит проектировать на основе нанотрубочного аэрогеля сверхчувствительные химические датчики или ещё какие-нибудь компоненты приборов».

 «Получены первые полноцветные образцы, отпечатанные керамическими чернилами», сообщает 25 января www.nanonewsnet.ru. «В канун Нового Года специалисты Инновационной Компании САН запечатали первые образцы керамической плитки полноцветным изображением ранее разработанными керамическими чернилами SunFlower Ceramic NanoInk цветовой схемы CMYK. После термообработки изображение становится полностью монолитным с поверхностью керамики и стекла. Оно абсолютно устойчиво к действию воды, агрессивных сред, высоких и низких температур, механическому и абразивному воздействию и отличается очень высокой светостойкостью, т.к. чернила сделаны на основе неорганических пигментов. Предполагаемый срок жизни изображения на керамике и стекле составляет более 20 лет. В сравнении с конкурентными технологиями печати полноцветных изображений по керамике и стеклу полученные образцы имеют очень хорошую цветопередачу, насыщенность и яркость. Печать проводилась на специально сконструированном для печати по керамике и стеклу принтере с печатающими головками Konica-Minolta 512, с объемом капли 42 пл. Инженеры, тестировавшие керамические чернила, отметили их высокую стабильность поведения в печатающих головках, несмотря на использование в чернилах тяжелого неорганического пигмента. При этом принтер не имеет системы перемешивания и рециркуляции чернил. За все время печати в течение нескольких часов все сопла оставались работоспособными. Это обусловлено уникальным химическим составом чернил и использованием нанотехнологий в их производстве. Чернила приготовлены на новейшем швейцарском нанотехнологическом оборудовании».

 «Полимер с уникальной способностью к самовосстановлению». Такая заметка размещена на www.nanonewsnet.ru 14 января. «Криштоф Матяжевский (Krzysztof Matyjaszewski) с соавторами из Университета Карнеги Меллон (Питтсбург, США) и Университета Киюши (Япония) получили полимер, способный к самовосстановлению при облучении ультрафиолетом, причем цикл повреждение-восстановление может проходить несколько раз…Как уверяют исследователи, полученный ими полимер является первым материалом, в котором осуществляется многократное образование разрушаемых ковалентных связей таким образом, что могут «срастись» даже два полностью разъединенных куска материала. Ряд разработанных ранее самовосстанавливающихся материалов содержали капсулы, которые, повреждаясь при разрыве материала, выпускали восстанавливающие структуру полимера химические вещества, однако при реализации такого подхода каждая капсула может использоваться для восстановления полимера лишь единожды. Ряд других материалов может самовосстанавливаться несколько раз подряд, однако, так как это происходит за счет восстановления ион-ионного взаимодействия или сетки водородных связей, такие материалы обычно отличаются небольшой прочностью. Новый полимерный материал, созданный исследователями из США и Японии, отличается от вышеупомянутых систем в лучшую сторону тем, что он обладает достаточной прочностью на разрыв, и, при этом может подвергаться неоднократному восстановлению. Секрет нового материала заключается в том, что нити этого полимера сшиты с помощью тритиокарбонатных фрагментов. Тритиокарбонатные фрагменты могут реструктурироваться при облучении ультрафиолетом. В результате облучения в тритиокарбонате разрушается связь углерод-сера, что приводит к образованию радикалов, которые затем быстро атакуют другую тритиокарбонатную группу, регенерируя связь углерод-сера, образуя дополнительные радикалы. Инициированная ультрафиолетом реакция останавливается при встрече и рекомбинации двух радикалов. Исследователям удалось наблюдать УФ-инициированное восстановление полимера, даже разрезанного на два отдельных фрагмента, при этом восстановление протекало и при погружении разрезанных частей полимера в жидкость, так и вне жидкости – во втором случае просто плотно сжать края поврежденного полимера и облучить их. Края поврежденного полимера быстро срастались за счет протекания радикального процесса, описанного выше».

 «Об уникальных свойствах нанобумаги» пишет 24 января www.nanonewsnet.ru. «Исследователи из Стокгольмского Королевского института новых технологий в Швеции совместно с японскими ученными открыли новый вид нанобумаги по прочности многократно превосходящую чугун и лишь на немного уступающую стали. Созданный вид нанобумаги практически не отличается от обычных стандартных бумажных листов, но получили ее с помощью специальных технологий. Как утверждают создатели, первый этап обработки нанобумаги ничем не отличается от традиционного изготовления бумажных листов: древесина обрабатывается химическими ферментами, размягчается, а затем разбивается в воду, образуя однородную углеродную смесь. Вот на этом этапе ученные и решились на опыт – они вместо целлюлозных волокон использовали углеродные нанотрубки. В результате исследований было учеными было замечено, что при продольном вытягивании листа нанобумаги ширина его увеличивалась, в то время, как у многих обычных материалов при их растяжении сокращается размер в поперечных направлениях. Как выяснили исследователи, это происходит из-за зигзагообразной формы нанотрубок, которые соединены между собой как рейки в решетчатых структурах. Другим неожиданным результатом данного эксперимента стало то, что, как оказалось, композиция, состоящая из нанотрубок разного типа, в разы прочнее, чем каждый материал в отдельности. Отрицательный коэффициент, наблюдаемый в созданной нанобумаге, способен возникать из-за уникального сочетания силовых констант, которые описывают работу на изгиб и растяжение нанотрубок в данном материале. Чрезвычайно важное значение в созданном учеными материале имеет трубчатая форма волокон и их степень сцепления между одностенными нанотрубками. Такую необычную способность нанотрубок в созданном материале можно будет использовать для создания новых материалов, искусственных мускулов, всевозможных датчиков. В области приборостроения, например, можно будет создавать высокоточные датчики, для которых требуется материал, имеющий нулевой коэффициент поперечной деформации. А если этот материал применить для изготовления винных пробок, то все попытки открыть бутылку штопором будут бесполезными, так как пробка, при всех попытках ее вытянуть, только плотнее будет прилегать к горлышку бутылки. В природе так же существуют материалы, которые обладают подобными свойствами: некоторые минералы, кожа на вымени коровы, живая ткань кости. Понимание необходимости роли подобных материалов в жизни человека пришло только лишь в последние годы, поэтому многие синтетически созданные ауксетики изготавливаются на основе пленок из полимеров».

«Сферы Януса» могут привести к появлению нового класса материалов», сообщает 24 января www.nanonewsnet.ru. «Исследователи из Университета Иллинойса и Северо-западного университета разработали коллоидную систему, состоящую из частиц, которые они назвали «сферами Януса». Это маленькие частицы на основе латекса, проявляющие гидрофобные свойства на полюсах и гидрофильные – в центральной части. В чистой воде такие частицы отталкиваются друг от друга, но при добавлении соли гидрофобные взаимодействия между шариками усиливаются, и они могут формировать трёхмерные кластеры. Физические свойства таких кластеров отличаются от свойств отдельных латексных частиц. «Это большой шаг вперёд, демонстрирующий, как можно создать нетривиальные и неочевидные структуры на основе простых частиц, – цитирует слова Стива Граника (Steve Granick), руководителя исследования, сайт EurekAlert. – Людям давно известно, как происходят подобные вещи с молекулами, например, с обычным мылом – но учёные и инженеры до сих пор очень мало знают о том, как вовлечь в эти процессы более крупные частицы. Они отличаются от молекул: они большие, они не сгибаются, и у них много разных собственных свойств». Группа Граника активно занимается компьютерным моделированием различных коллоидных систем. Проект с использованием «сфер Януса» уже перешёл в экспериментальную плоскость. Шарики латекса достаточно велики, чтобы процесс самосборки кластеров можно было наблюдать под микроскопом. Изменение свойств раствора, а также свойств латексных шариков (размер самого шарика, расположение и протяжённость его гидрофобных и гидрофильных зон) позволит получать разнообразные структуры. Одно из возможных применений новых частиц – специализированные фильтры. «Сферы Януса» могут образовывать решётки, в которых гидрофобный полюс каждого шарика взаимодействует с полюсами двух других. «Наша кружевная сеть сможет отфильтровывать как водорастворимые, так и жирорастворимые вещества», – говорит Граник. В зависимости от того, при каких условиях и из каких шариков будет построена такая сеть, она сможет быть более или менее селективной, а также отфильтровывать только гидрофобные или только гидрофильные частицы в разных частях решётки. Авторы работы уверены, что созданные ими структуры найдут широкое применение в самых разных областях науки и техники. «Однажды, может быть, мы создадим смесь компонентов, удалим некоторые из них и получим микроэлектронный чип, – предполагает Граник. – Это совершенно новая область. Здесь могут использоваться самые разные материалы, и на их основе могут быть получены разнообразные структуры».

 «Создан новый антимикробный материал, обладающий свойствами кожи морских млекопитающих», пишет 6 января www.nanonewsnet.ru. В Промышленном консорциуме наноимпринта Агентства по делам науки, техники и исследовательской работы Сингапура синтезировали антимикробное покрытие, которое обладает свойствами кожи морских млекопитающих. Основное преимущество данной разработки заключается в отсутствии в нём каких-либо вредных химических соединений. До сегодняшнего дня все существующие защитные покрытия создавались с использованием потенциально опасных веществ (наночастиц, ионов металлов, УФ-излучения). В тоже время новое покрытие, которое создано с помощью технологии наноимпринт, лишено этих недостатков, и обладает рядом неоспоримых преимуществ, таких как адгезивность, антиотражательные свойства и способность к люминесценции, водонепроницаемость. Привлекательным в новом материале является также универсальность: его можно наносить на любые поверхности, начиная от человеческой кожи, контактных линз, и заканчивая остовами кораблей. Что касается применения в медицине, то данное покрытие способно защитить организм, в частности, от таких инфекций как золотистый стафилококк и кишечная палочка».

В разделеТРАНСПОРТ рождается традиция: снова все новости посвящены полетам. «Global Observer — водородный беспилотный летательный аппарат поднят в воздух», пишет 19 января www.nanonewsnet.ru. «Стопроцентно экологичный многофункциональный дрон Global Observer, способный летать в стратосфере в течение недели, пригодится не только телекоммуникационным компаниям, но и — в первую, наверное, очередь — военным и прочим силовым ведомствам, мечтающим круглосуточно шпионить за всем и вся. 21-метровую машину с претенциозным названием Global Observer («Глобальный наблюдатель») сконструировала американская компания AeroVironment, имеющая долгую и славную историю. Разумеется, не без содействия правительства США, вложившего в проект $140 млн. Инвестиции не пропали даром: беспилотный самолёт получился на загляденье. Размах крыльев — 53 м. Силовая установка — работающий на безопасном для окружающей среды водороде ДВС и, понятно, генератор, запитывающий четыре электродвигателя — по числу винтов ЛА. Грузоподъёмность машины — 180 кг. Каким может быть этот полезный груз? Заказчики, которых наверняка будет очень много, несомненно, нашпигуют «Наблюдателя» разведывательным, научным или телекоммуникационным оборудованием. У AeroVironment, появившейся в 1971 году стараниями Пола Маккриди (того самого, чей Solar Challenger в 1981-м одолел Ла-Манш), за плечами действительно очень творческая и симпатичная история: первые пилотируемые самолёты в конце 70-х сменились аппаратами, использующими энергию Солнца; компании удалось создать устройства, способные подниматься на большую высоту и оттуда транслировать телевизионные сигналы и передавать данные. Затем был переход на более эффективный в энергетическом отношении, но такой же безопасный для окружающей среды водород: в 2005 году появился беспилотный самолёт-прототип на топливных элементах». «Параметры новой машины: 7 дней независимого полета без заправки, высота — около 20 км, площадь наблюдения — 725 тысяч квадратных км. – добавляет заметка от 13 января на том же сайте.- Global Observer невидим для радаров, и потому уничтожить его весьма трудно, если не сказать – невозможно, во всяком случае, с применением радаров, имеющихся у потенциальных противников США – как реальных, так и гипотетических. Немаловажно и то, что база и технический персонал Global Observer могут находиться вдалеке от театра военных действий, что значительно снижает риск поражения подразделения Global Observer. Есть у Global Observer и такое свойство как коммуникатор. Он может быть использован для обеспечения связи и передачи изображений от других беспилотных самолетов в центр оперативного обслуживания. Global Observer знаменует собой новый кластер спутниковых услуг, полностью заменяющий спутники связи и наблюдений, но с гораздо меньшими затратами».

«NASA развернуло свой первый парус в космосе», пишет 25 января  www.membrana. ru. «С большим опозданием первый экспериментальный солнечный парусник США всё же раскрыл своё полотнище на околоземной орбите. Технология перемещения космических аппаратов за счёт света сделала ещё один шаг к практическому применению. Правда, сделала, загадочно споткнувшись. Приключения американского аппарата начались 19 ноября 2010 года, когда ракета Minotaur IV, стартовавшая с космодрома на острове Кадьяк, вывела в космос сразу семь небольших спутников. Они были подняты на орбиту высотой 653 км и наклонением 72 градуса. Одной из главных нагрузок в том старте был экспериментальный микроспутник FASTSAT, предназначенный для испытания целого ряда технологий, разработанных для лёгких и недорогих космических аппаратов. В частности, FASTSAT оснащён адаптером для выпуска дополнительных нано- и пикоспутников — Poly-PicoSatellite Orbital Deployer. В данном запуске начинкой этого адаптера выступал солнечный парусник NanoSail-D. Его FASTSAT должен был отправить в свободное плавание вскоре после своего выхода на орбиту. Но ни в ноябре, ни в декабре запланированного выброса не случилось, и причины сбоя ещё предстоит выяснить. Американцы совсем было упали духом. Как тут не вспомнить, что первый экземпляр «наносейла» был уничтожен при неудачном запуске частной ракеты SpaceX Falcon 1 два с половиной года назад. Однако совсем неожиданно 18 января 2011 года в три часа утра по Гринвичу механизм выброса парусника NanoSail-D всё же сработал, о чём просигнализировала телеметрия FASTSAT и что было позднее подтверждено наземными системами слежения за космическими объектами. Как только крошечный аппарат освободился, таймер парусника запустил трёхдневный обратный отсчёт в полном соответствии с программой. NASA тут же попросило радиолюбителей помочь в отслеживании радиомаяка парусника (в надежде, что NanoSail-D заработает), указав радиочастоту (437,270 МГц) и адрес, по которому следует отправить информацию. Именно радиолюбители первыми поймали голос маяка. Размеры парусника NanoSail-D составляют 10 х 10 х 33 сантиметра, а вес – 4 килограмма. NASA сообщает, что 21 января спутник успешно развернул свой парус. Миссия «наносейла», казалось, полностью провалившаяся, к радости создателей аппарата, чудом реанимировала сама себя. На развёртывание ультратонкого серебристого полотна, кстати, у парусника ушло всего примерно пять секунд. Столь быстрый процесс обеспечили четыре упругие ленты, выдвигающиеся из центра аппарата наподобие стальной линейки-рулетки. Апробация механизма, позволяющего развернуть тонкий парус большой площади из крошечного контейнера, при этом не повредив плёнку, и была главной задачей полёта. Об удачном развёртывании говорят и изменения в орбитальных параметрах – парус действительно создаёт слабенькую, но измеримую тягу. Это второе практические подтверждение теории работы солнечного паруса (первыми тут отличились японцы с аппаратом IKAROS). Заметим, в истории солнечных парусов было несколько успехов и провалов. Но после развёртывания и получения занятного автопортрета японского зонда, похоже, дела в этой сфере пошли на поправку. NASA полагает, что паруса, подобные «наносейлу», однажды не только помогут космическим аппаратам передвигаться по Солнечной системе, но и будут работать в качестве средства сведения старых спутников с орбиты. В последнем случае главная роль отведена аэродинамическому сопротивлению большой лёгкой плёнки, способной «чувствовать» остатки атмосферы даже на высотах в сотни километров (аналогичную идею солнечного уборщика космического мусора развивают британцы). Именно из-за слабого торможения в воздухе NanoSail-D должен сойти с орбиты через 70-120 дней и сгореть в атмосфере. Впрочем, до этого финала, и до тех пор, пока аккумуляторы аппарата не сядут, его сигнал можно попробовать поймать. Радиолюбителям стоит поспешить, ведь, судя по телеметрии, заряд в батареях падает довольно быстро».