2062 Год С развитием наноуглерода пластик доживает свои последние годы!

С развитием промышленного производства наноуглерода пластмасса рискует отправиться в музей. Появившаяся благодаря развитию нефтехимической промышленности в 60-е годы двадцатого века пластмасса получила повсеместное применение... Но спустя сто лет безраздельного господства она исчезает, уступая место новым материалам с потрясающими качествами.

«После каменного, бронзового, железного веков, века биотехнологии мы наконец вступили в новую эру — век наноуглерода!» — делая такое заявление перед прессой, президент компании «Nano+», первого в мире производителя наноуглерода, фактически объявил, что с пластмассой покончено! Вскоре наноуглерод перевернет нашу жизнь. Он не только обладает необычайными рабочими характеристиками, но может делать все что угодно. Он тверд как железо! Чтобы объяснить, каким образом невозможное стало осуществимым, специалисты, собравшиеся на пресс-конференцию, проявили весь свой талант популяризаторов. Они в насколько это возможно доступной форме скрупулезно разобрали внутреннюю структуру этого нового материала, скелет которого состоит из «нанотрубок», то есть полых невероятно тонких волокон, тонких до такой степени, что надо было бы собрать в пучок 50 000 таких нитей, чтобы получить волокно толщиной в волос. «Это соединение обладает прочностью, в сто раз превышающей сталь, при этом оно в шесть раз легче!» — уточнил один из химиков в интервью средствам массовой информации. В доказательство прямо перед ареопагом ошеломленных журналистов хозяйственная сумка из наноуглерода выдержала груз в 5 тонн! Такой же пакет, сделанный из пластика, не выдерживает более 50 килограмм!

Чтобы добиться такого уровня прочности, понадобилось более шестидесяти лет исследований. Первые попытки создания этого нового революционного материала восходят к 1991 году. В этом году японец по имени Сумио Лиджима объявил о том, что он открыл полезные свойства наноутлерода. На первый взгляд ничего необычного. Было уже известно, что углерод, один из самых распространенных химических элементов, составляет основу молекул органических веществ, другими словами, живой материи. Химикам нравится напоминать, что нефть и уголь, образовавшиеся из останков разложившихся животных и растений, по большей части состоят из углерода. Они объясняют, что отличие углерода в его способности образовывать устойчивые соединения, тогда как другие элементы в основном используют других партнеров для формирования химических связей. Долгое время считалось, что существует только две формы углерода: графит и алмаз. Но вот в 1985 году на звездах была открыта еще одна молекула, состоящая из 60 атомов углерода! Об этом невероятном «подарке неба» почти забыли. Эта молекула С₆₀ имела форму футбольного мяча. 60 атомов углерода были выстроены в длинные параллельные нити, подобно тому, как располагаются прутья клетки для птиц. Существует целое семейство таких «клеток», названных «фуллерены» в честь американца Р. Бакминстера Фуллера, который их изучал. В то время никто, даже ученые, не смогли бы предположить, что эти углеродные нанотрубки, представляющие собой некую среднюю форму углерода между графитом и алмазом, в будущем станут преемниками пластмассы. Так что, наконец найден идеальный материал? Некоторые в этом уже уверены. Но часто нужны годы, чтобы перейти от лабораторных исследований к промышленному производству, не считая множества трудностей, связанных с разработкой надежного наноуглерода, который можно было бы использовать без ограничений. Практически пять десятилетий упорного и беспрерывного труда понадобилось лабораториям на разработку чистых и однородных нанотрубок, а еще пятнадцать дополнительных лет — на то, чтобы наладить в крупных масштабах соответствующие технологии по их выпуску и очистке.

Наконец признано, что эти микроскопические нанотрубки, диаметр которых несколько миллионных миллиметра, являются столь долгожданным материалом, достойным носить титул «материал третьего тысячелетия», окрещенным так Международным союзом химической промышленности. За несколько месяцев наноматериалы проникли во все отрасли! Они теперь повсюду, они заменяют пластмассу гораздо быстрее, чем это было предусмотрено. Их можно встретить в микроэлектронике, робототехнике, информатике, в сфере энергетики, телекоммуникаций, в медицине и хирургии, в производстве транспорта и в сельском хозяйстве, в текстильной промышленности. Без них невозможно обойтись: даже детали двигателей, которые вчера еще делали из легких сплавов, отныне производятся из наноуглерода. Эти молекулы могут быть проводниками очень слабого тока (меньше одной миллионной ампера), что позволило выпускать электрические микромоторы без батареек, используя просто атмосферное электричество! Тот факт, что нанотрубки полые внутри, подсказал инженерам идею заполнять их другими материалами, например, крошечными частицами кобальта или никеля, для того чтобы делать магнитные носители информации, используемые, в частности, в жестких дисках компьютеров. В итоге получают необычайную мощность: 12 томов энциклопедии помещаются в булавочной головке! Так же удивительна возможность производить различные вещи, которые не оставляют после себя вредных для планеты отходов, а это огромный прогресс в деле охраны окружающей среды. Теперь можно выпускать настолько маленькие транзисторы, что в капле воды размещается тысяча миллиардов таких, и все это потребляет менее одной миллиардной ватта! Наноуглерод оправдывает все ожидания промышленности и делает реальными все самые невероятные предсказания научно-фантастических романов и фильмов. «Все, что когда-то мы видели в Голливуде, стало реальностью», — сказал президент группы «Nano+», уверенный в том, что в его руках такое же необычайное сырье, как нейлон в ХХ веке. И ученые подтверждают: наноуглерод в самом деле является чудесным материалом.

Его особенность заключается в том, что он происходит из природы, как и его благородные предшественники, использовавшиеся до конца XIX века: камень, дерево, кость, а затем железо и другие металлы, некоторые их которых, соединяясь между собой, давали прочные и легкие сплавы. Первым из таких сплавов была бронза; наши предки заметили, что, добавляя олово к меди, получают очень твердый металл, из которого можно делать различные сельскохозяйственные инструменты, а также оружие... Однако до XIII века в распоряжении человека было всего лишь семь металлов: золото, серебро, медь, ртуть, олово, железо и свинец. Потом появились новые категории материалов, такие как стекло и керамика, и только спустя долгое время к середине ХХ века человечество изобрело полимеры, известные под названием «пластмасса». На этот раз речь шла об искусственном материале, синтезированном путем соединения очень длинных цепочек органических молекул, или «макромолекул». Природа тоже умеет это делать (об этом свидетельствуют рога и черепаший панцирь), но человеческое воображение породило практически бесконечную гамму. Во второй половине ХХ и первой половине XXI века общество подчинило себя предметам из пластмассы, они использовались везде: в строительстве, машиностроении, авиации, в производстве спортивного инвентаря, в текстильной и других промышленностях. Даже в самых отдаленных уголках планеты, в глубинках стран третьего мира, лишенных даже самого необходимого, встречаются предметы из пластмассы — это могут быть старые бутылки из-под минеральной воды или пакеты из бывшего супермаркета, которые ветра носят по пустыне. В ХХ веке пластмасса была дешевым материалом, ее было легко обрабатывать, но она была не очень хорошего качества... Во всяком случае, существуют разные виды пластмасс: так называемые «технические», термоотверждаемые, имеющие применение в сфере высоких технологий. Из-за разбросанных вдоль пляжей и вблизи рек различных упаковок, которые способны сохраняться, не разлагаясь, целый век, некоторые ассоциируют пластмассу с веществами, загрязняющими окружающую среду. Среди «новых материалов», познавших в свое время славу, можно назвать «композиты», образованные путем скрещивания волокон двух подобных или различных материалов, такие как углерод-углерод или кевлар, На протяжении долгого времени по своим характеристикам они превосходили самые лучшие металлы, оставаясь при этом намного легче их. Их использовали в авиастроении, в космической отрасли, а также в сфере развлечений (доски для серфинга, корпуса лодок), в медицине (протезы). Бронежилеты также делаются из кевлара.

На этом список не заканчивается; композиты на металлической матрице, специальные эластомеры, техническая керамика, синтетические органические металлы, материалы с памятью формы, сверхпроводники и другие. Всех их в разные времена прочили в материалы будущего. Но человечество никогда не теряло надежды найти нечто лучшее... С появлением наноуглерода это дело решенное!