Нанотехнологии. Правда и вымысел - Виктор Балабанов

Рассматривая возможные разрушительные последствия взрыва вакуумной бомбы большой мощности, можно вспомнить одну из версий Тунгусской катастрофы. Гигантский взрыв произошел 30 июня 1908 года в районе Подкаменной Тунгуски в Сибири. По одной из версий, он мог быть результатом воспламенения от молнии или пролетавшего метеорита скопившегося над тайгой значительного количества метана или другого газа, которого в этих местах предостаточно. Взрыв уничтожил тайгу на площади 2150 км, привел к регистрации толчков, аналогичных землетрясению, сейсмическими станциями в Иркутске и германском городе Киль, а также образованию взрывной волны, дважды обошедшей земной шар.

В течение первых нескольких суток после взрыва от Бордо (Франция) до Ташкента (Узбекистан) и от берегов Атлантики до Красноярска (Россия) отмечались необычные атмосферные явления – ночное свечение неба, яркие серебристые облака, гало и венцы вокруг солнца. В этот день в далекой Антарктиде участники английской антарктической экспедиции наблюдали необычное по форме и мощности полярное сияние.

Ученые по сей день спорят о возможных причинах этих явлений, но последствия были сравнимы со взрывом атомной бомбы. Если не вдаваться в научные тонкости вопроса, то аналогии налицо.

Разработанная технология объявлена военной тайной, но так как ее сравнивают с американской ОДАБ GBU-43/B MOAB, следует подробно рассмотреть, в чем же заключается принцип действия подобных бомб и какое отношение к нему могут иметь нанотехнологии.

Если вакуумная бомба давно известна, какой вклад внесли нанотехнологии в ее совершенствование? Ответ оказывается достаточно простым.

Известные отечественные ученые-химики заявляют, что современные технологии изготовления алюминиевого порошка (пудры) для вакуумных бомб обеспечивают дисперсность частиц размером до 100 нанометров. Дескать, вот и вся нанотехнология.

Естественно, чем меньше размер частиц распыляемого вещества, тем выше их проникающая способность, больше площадь распыления, а следовательно и площадь поражения. При этом, чем меньше дисперсность частиц, тем более полно они сгорают, обеспечивая выделение максимальной энергии сгорания при меньшей массе всего заряда, что имеет немаловажное значение для транспортировки бомбы к месту применения.

При этом указывается, что ни одна химическая реакция не может сравняться с ядерной (разница примерно в 10 миллионов раз), называя данную разработку очередным проявлением «нанопурги» от отечественных военных структур.

Другим направлением исследований, как уже отмечалось, является создание различного рода защитных средств. Так, израильская компания ApNano Materials недавно испытала один из наиболее стойких к удару материалов, известных человечеству (рис. 76, б). Образец конструкционного материала ApNano, разработанный на основе дисульфида вольфрама, подвергался ударам, которые производились стальным снарядом, выпущенным со скоростью до 1,5 км/с. Исследуемый материал выдержал удар с воздействиями до 250 т/см2, а также статическую нагрузку 350 т/см2, что соответствует приблизительно нагрузке, развиваемой четырьмя дизельными локомотивами на область размером с человеческий ноготь.

Руководитель ApNano Materials, доктор Менахем Генут (Menachem Genut), заявил, что компания готова выпускать до 200 кг материала ежедневно и в перспективе сможет перейти к производству в количестве, достаточном для нужд всей израильской армии. Такой материал может понадобиться для изготовления шлемов и бронежилетов, а также обшивки военного транспорта.

Класс подобных материалов назван «неорганической фуллереноподобной наноструктурой» (inorganic fullerene-like nanostructures, IF). В настоящее время компания переходит к исследованию аналогичных образцов на основе дисульфида титана, которые, как ожидается, могут быть еще более прочными, чем на основе вольфрама, при массе, меньшей в четыре раза.

В армейской научно-исследовательской лаборатории США (U.S. Army Research Laboratory) создали новую нательную броню для солдат на основе самосгущающейся жидкости (Shear Thickening Fluid, STF). STF имеет достаточно сложный состав, однако сам принцип работы достаточно прост. В жидкости, которую разработчики называют «полиэтиленгликоль», расположена взвесь наноразмерных частиц, которые образуют с полиэтиленгликолем суспензию, обладающую рядом уникальных физических свойств, в частности она сгущается при сильном механическом воздействии. Когда материал погружают в STF, кремниевые наночастицы поглощаются волокнами ткани. В обычном режиме ткань сохраняет гибкость, но когда материал встречается с внезапным напряжением, вроде попадания пули, частицы нанокремния автоматически создают дополнительное сопротивление. При сдвиговом течении коллоидных суспензий (в данном случае – STF) в условиях увеличения скорости сдвига возможно резкое увеличение вязкости суспензии, что может стимулировать кардинальные изменения в ее микроструктуре за счет агрегирования частиц. При ударной нагрузке на полимерную наносистему происходит диссипация энергии удара, которая расходуется на образование гидрокластеров, препятствующих разрыву пленки полимерной наносистемы (рис. 73).

Рис. 73. Механизм образования гидрокластеров в полимерной наносистеме STF (Shear Thickening Fluid): 1 – равновесное состояние; 2 – невысокая деформация; 3 – ударное воздействие

На 11-й Международной выставке средств обеспечения безопасности государства «Интерполитех-2007» Научно-исследовательский институт стали (Москва) и Институт прикладных нанотехнологий (Зеленоград) продемонстрировали первые опытные отечественные образцы «жидкой» брони, которая в перспективе может применяться для бронежилетов и других средств индивидуальной защиты.

Создание «жидкой» брони заключается в обработке обычной баллистической ткани гелевой композицией на основе фторполимерной композиции (химических соединений) с наночастицами оксида алюминия. Обработанная ткань внешне не отличается от аналога, но при ударном воздействии на нее пули или осколка находящийся внутри гель мгновенно затвердевает, препятствуя разрушению ткани и снижая поражающее воздействие.

Российскими специалистами исследовалась эффективность защитных свойств опытного образца ткани из «жидкой» брони и стандартного образца, изготовленного из 18 слоев баллистической ткани. Испытания проводились методом метания в них шариков массой 1,04 г и диаметром 6,3 мм (аналог пули) со скоростью 526 м/с. В результате испытаний было установлено, что «жидкая» броня обеспечивает лучшие защитные свойства, выдерживая нагрузку от шариков, летящих со скоростями до 558 м/с.

Проведенные исследования указывают, что имеющие место многочисленные западные публикации о разработках «жидкой» брони в Великобритании и США на основе материалов с прослойкой (или пропиткой) из наночастиц имеют под собой реальную основу.

С учетом относительной простоты изготовления и малого веса таких материалов, они уже сейчас вполне пригодны для применения в качестве средств защиты полицейских и некоторых других должностных лиц. В настоящее время в России и за рубежом ведутся исследования с целью обеспечения эффективности «жидкой» брони для защиты военнослужащих от современного стрелкового оружия и осколков большинства взрывных устройств.

Такое поведение суспензии может быть использовано и в амортизационных устройствах различных конструкций, где возможно ограничение максимальной скорости потока суспензии за счет нелинейного изменения вязкости.

Возможность практической реализации рассмотренных принципов «жидкой» наноброни также вызывает неоднозначные, точнее, негативные отзывы отечественных ученых-химиков, предлагающих удостоить разработчиков к «позорной» Шнобелевской премии (присуждаемой за сомнительные достижения, которые невозможно воспроизвести или же нет смысла этого делать) по химии! В то же время, как мне стало известно из заслуживающих доверия источников, такие исследования в России и за рубежом интенсивно продолжаются, а полученные результаты вселяют надежду в эффективность будущих результатов.

Как отмечается, бронежилеты из такого материала способны достаточно эффективно защитить человека от удара ножом, некоторых осколочных боеприпасов и пуль, выпущенных из огнестрельного оружия.

Другим изобретением, которое может быть в перспективе использовано для военных целей, является разработка так называемого плаща-невидимки. Как видим, некоторые фантастические сюжеты русских народных сказок о шапках-невидимках и коврах-самолетах начинают сбываться.

В таких исследованиях заинтересованы различные спецслужбы и армейские круги, которые и финансируют данные разработки.

Основная задача, стоящая перед разработчиками данного маскирующего устройства, заключается в том, чтобы сделать объект невидимым за счет выполнения двух необходимых требований: свет не должен отражаться от объекта и должен полностью обходить его. При этом необходимо, чтобы наблюдатель видел только задний фон, а не сам предмет, замаскированный устройством-невидимкой.