Репортаж из XXI века - Михаил Васильев

Кстати, первые образцы такого материала без дислокаций уже получены. Правда, это пока лабораторные образцы, крохотные столбики чистого железа, выдерживающие растяжение не в 20 килограммов на квадратный миллиметр, как наше сегодняшнее «чистое» железо, а 1400 килограммов на квадратный миллиметр. Это почти фантастическая прочность, приближающаяся уже к той, которую предсказывают физики-теоретики.

Получают такой металл очень сложным методом. В специальной установке создается облако парообразного хлористого железа, нагретого до определенной температуры. Затем железо восстанавливается водородом. Водород соединяется с хлором, а атомы железа кристаллизуются на охлаждаемой пластинке в виде длинных кристаллов толщиной всего в несколько микронов. Эти нитеобразные кристаллы ученые назвали «усами».

Перед нами сейчас стоит задача — найти промышленную, применимую в заводских условиях, технологию изготовления такого бездислокационного металла. Если бы это удалось и мы начали выпускать большие количества такого металла, это бы было равносильно удвоению, удесятерению, увеличению в сотни раз мощности нашей металлургической промышленности. Инженеры XXI века, используя такой металл, будут расходовать его на тех же сооружениях в 10 и 100 раз меньше, чем расходуем мы сегод-нЯг Появятся кружевные мосты и невесомые самолеты, о которых сегодня уже имеют право мечтать не только фантасты, но и ученые,

Методы получения сверхпрочного металла ищем мы, ученые, в своих лабораториях. Но это отнюдь не значит, что он будет найден в академическом институте доктором технических наук, а не студентом или сварщиком, И чем больше людей включится в эту работу, тем скорее она будет выполнена.

По каким путям пойти в поисках этого метода — сейчас сказать трудно. Удивительной прочностью обладают молекулярные пленки — ну, например, стенка мыльного пузыря. Вероятно, в укладке молекул в таких стенках тоже нет дислокаций. Может быть, от молекулярных пленок, а не от железных «усов» надо идти в поисках металла, которому принадлежит будущее. Но я могу утверждать совершенно твердо: задача управления дислокациями в металле будет решена. Причем будет решена в самые ближайшие годы или десятилетия. Удивительные металлы, которые до этого существовали только в романах фантастов, станут реальностью. Техника вслед за наукой движется вперед все более убыстряющимся темпом. Все, конечно, видели на фотографиях первые автомобили начала этого века, похожие на пролетки, из которых выпрягли лошадей. Какими они кажутся примитивными! А я убежден, что автомобили конца века будут еще меньше походить на сегодняшние, чем наши походят на эти вчерашние пролетки. И одним из революционных решений, которые определят дальнейшее стремительное движение техники вперед, будет создание бездислокационного сверхпрочного металла.

А может быть, удастся найти метод уничтожения дислокаций в уже отлитом металле, в уже готовой детали. Может быть, какой-то новый вид обработки металла обеспечит нам это.

Здесь слишком много неизвестного — и еще больше может быть неожиданного.

Потомки двух химий

В Москве на Ленинском проспекте расположено скромное здание Института элементоорганических соединений. Это одна из крепостей, на которые опирается у нас в стране химическая наука, причисленная в наше время к ведущим отраслям естествознания.

Мы сидим в просторном кабинете заместителя директора института члена-корреспондента Академии наук СССР Василия Владимировича Коршака. Он рассказывает нам о том, как органическая химия создает новые материалы.

— Природа — очень экономный строитель, — говорит Василий Владимирович. — Все бесконечное разнообразие окружающего нас мира: царство минералов, растения, космические странники — метеориты, мы сами — все изумительное здание природы построено немногим более чем из сотни кирпичиков — химических элементов. Но не все они используются в равной степени. Некоторые из них и существуют-то лишь доли секунды в современных лабораторных установках, к помощи других природа прибегает гораздо чаще. И среди них самый интересный — углерод.

Поразительным качеством углерода является его необычайная «плодовитость». Изучением соединений углерода с другими элементами занимается специальная наука — органическая химия. Если число всех известных в настоящее время неорганических веществ составляет около 50 тысяч, то каждый месяц в химических лабораториях мира рождается несколько тысяч потомков углерода — органических веществ. И в настоящее время их известно несколько миллионов.

Чем же объясняется способность углерода давать такое большое количество соединений?

В первую очередь способностью атомов углерода соединяться друг с другом, образуя длинные прямые или разветвленные цепи или кольца различного размера. В состав этих цепей или колец могут входить также и атомы других элементов, поэтому многообразие органических соединений неисчерпаемо.

Особенно интересной группой органических соединений являются вещества, имеющие молекулы большого размера. Их молекулярный вес исчисляется тысячами и миллионами. Такие вещества называются высокомолекулярными соединениями или попросту полимерами.

Полимеры обладают различными свойствами. Одни тверды, но хрупки. Другие не боятся ударов, но мягки. Третьим не страшен огонь, но они очень непрочны. Ну, а если нужно получить вещество одновременно прочное, нехрупкое и негорючее? Искать новый полимер? Оказывается, необязательно. Учеными был разработан способ «прививки» одного полимера к другому. Иногда для этого полимеризуют вещество в присутствии другого полимера, а иногда используют рентгеновские лучи или поток радиоактивного излучения. Под действием излучения связи между атомами углерода расшатываются, нарушаются, и «вакантные места» занимает длинная цепочка молекул другого полимера. Так рождается новое вещество, обладающее заранее намеченными свойствами. Например, кремний-органический каучук очень боится бензина и масла. Под воздействием гамма-лучей к нему «прививают» маслостойкий акрилонитрил. После этого ему уже не страшны ни бензин, ни масло. Так химики «конструируют» материалы.

Метод прививок широко используется для получения устойчивых пленок, защищающих металл от ржавления, для изготовления различных видов клея, прочно соединяющего металлические детали, для выделки непромокаемых тканей и во многих других случаях.

Как вы думаете, можно ли растереть молекулу в ступе? На первый взгляд кажется, что нет. Коротенькую молекулу неорганических веществ в ступе действительно не растереть. Но если это гигантская молекула полимера, то картина резко меняется.

Не так давно химики обнаружили, что при интенсивном дроблении полимера цепочка молекул разрывается и образуются очень активные обломки — радикалы.

Если дробить смесь нескольких полимеров, то радикалы могут связываться между собой и образовывать новый сополимер привитой или блочной структуры.

Исследованиями химических процессов, происходящих в полимерных веществах при их механической обработке, занимается юная наука — механохимия, наука, которой жить в XXI веке.

Она делает первые шаги, но исследователи уже добились успехов. Так, например, советскими химиками было доказано, что образование активных радикалов может происходить при замораживании полимеров в воде или других средах. При замерзании возникают большие внутренние давления, разрывающие молекулярную цепочку.

Каждое имеющееся в природе вещество химики относят или к органическим или к неорганическим. Но четкой границы между ними не существует. Есть вещества, лежащие на стыке двух химий.

Ближайшим родственником углерода является кремний. Это очень распространенный элемент. Если его «родной брат» углерод образует основу мира животных и растений, то кремний возглавляет царство минералов и горных пород.

Почти на четверть земная кора состоит из кремния. В чистом виде он никогда не встречается, а только в соединениях с другими элементами. Самым распространенным его соединением является кремнезем. Кристаллический кремнезем — это кварц, горный хрусталь, аметист, топаз и обыкновенный песок. Все эти соединения кремния необычайно термостойки. Например, кварц выдерживает нагрев до 1500°. Поэтому из него делают лабораторную посуду, стекло для ламп ультрафиолетового облучения и другие жаростойкие изделия.

Почти все органические полимеры очень боятся высоких температур. Если им приходится работать при повышенных температурах, они быстро стареют и разрушаются. При действии высоких температур высокомолекулярное вещество начинает медленно окисляться, при этом образуются летучие вещества, материал теряет в весе и становится хрупким. Нельзя ли устранить этот недостаток органических веществ и прибавить им теплостойкости, которой так щедро наделены неорганические вещества? Оказывается, можно, вводя в органические соединения такие типичные для неорганической природы элементы, как кремний, фтор, фосфор, бор, титан, медь и другие металлы. В результате этого получаются элементоорганические соединения, сочетающие в себе положительные свойства обоих компонентов. Остановимся на веществах, содержащих кремний.