Китай как всегда не стоит на месте по производству игрушек, одежды, всякой всячины и… высоких технологий!

Китайские физики совершили открытие, которое сделало на шаг ближе постройку космического лифта, создание сверхстойких бронежилетов и получение материалов с ранее недоступной прочностью. Им удалось синтезировать углеродные нанотрубки длиной до 18,5 сантиметра.

Углеродная нанотрубка — это одна длинная молекула в виде цилиндра, и прочность нити, которая изготовлена из такой молекулы, определяется уже не межмолекулярным, а куда более сильным, межатомным взаимодействием. Разница между ними — примерно как между прочностью лески и такой же по диаметру разлохмаченной шерстяной нитки. Теоретически нанотрубки могут стать основой для материалов в десятки раз прочнее стали.

Нецелевое использование спирта

Согласно публикации в журнале NanoLetters, физикам из нескольких китайских исследовательских центров удалось доработать технологию, которой пользовались ученые по всему миру, — технологию химического осаждения атомов углерода из газовой среды.

Цуньшень Ванг (Xueshen Wang) и его коллеги использовали смесь веществ, которые многим известны отнюдь не в качестве химреактивов: свои рекордные нанотрубки китайцы вырастили в атмосфере паров спирта и воды. Правда, эти вещества находились в несколько нестандартных по алкогольным меркам пропорциях: четыре части спирта на одну часть воды.

Кроме того, китайские ученые использовали водород, продуваемый через специальный реактор, а также сверхтонкий порошок железа и молибдена — это были зерна для затравки реакции. Также пригодилась им пленка из обычных, меньшей длины, нанотрубок — для эффективного удаления «мусора» в виде растущих в неправильных направлениях углеродных цилиндров вкупе с аморфным и потому неинтересным углеродом.

Новые возможности для микроэлектроники

Электрические свойства новых нанотрубок уже обратили на себя внимание: рекордные трубки проводят ток одинаково хорошо по всей длине. Причем, как и полагается углеродным нанотрубкам, они обладают полупроводниковыми свойствами, из одного экспериментального образца даже удалось сделать сразу сотню транзисторов. С одинаковыми, как и ожидалось, параметрами, и здесь, возможно, кроется основа для переворота в микроэлектронике.

Что же касается свойств механических, то о них ученые ничего даже не говорят: пока длинные нанотрубки получены не в том количестве, чтобы думать о возможности их использования в качестве, например, тросов для создания орбитального лифта, который мог бы вместо ракет поднимать грузы и людей в космос.

Кстати, на нанотрубках (небольшой длины) уже придумана и компьютерная память. Причем с очень высокой стабильностью хранения, с ее внедрением, возможно, про «битые» файлы можно будет забыть.

Лифт на орбиту остается мечтой

Идея орбитального лифта проста: если взять трос, прикрепить его к Земле, привязать груз и выбросить его на высоту в 36 тыс. километров, то трос не упадет обратно, а повиснет. На привязанный груз будет действовать достаточная для компенсации силы гравитации центробежная сила: точно так же можно раскрутить вокруг пальца веревку с привязанной гайкой. Главное — хватило бы прочности троса… и вот тут у космического лифта начинаются проблемы.

Расчеты показывают, что для лифта необходима прочность не менее 65 гигапаскалей, то есть нить сечением 1 квадратный миллиметр должна держать хотя бы 650 кг. Тонкая леска из такого материала должна поднимать взрослого человека, а веревка толщиной с бельевую — тянуть товарный состав. Пока таких материалов попросту нет.

Кварцевое волокно выдерживает 200 кг на квадратный миллиметр, но это, увы, пока предел. Другое дело — нанотрубки, они теоретически могут держать и больше тонны… но только в теории. Потому как получить достаточно длинные углеродные трубки с толщиной стенок в один атом не удавалось до сих пор.

Многоликий углерод

Из всего множества разнообразных форм углерода вплоть до середины XX века во всех учебниках фигурировали главным образом графит и алмаз — один из самых мягких и самый твердый минералы имели в точности одинаковый химический состав. Естественно, кроме графита и алмаза была еще известна и сажа — аморфная форма, в которой нет определенной кристаллической решетки. На этих трех все знание о многообразии форм углерода и заканчивалось.

Но потом начались открытия. В начале 1960-х химиками из СССР был синтезирован карбин — уложенные параллельно цепочки из атомов. Затем, в 1966 году, появился лонсдейлит — нестандартная форма алмаза, а значительно позже — посрамление алмаза, лонсдейлит, оказавшийся в полтора раза тверже.

Фуллерен — полые сферы — открыт в 1985 году. Нанотрубки — примерно тогда же, их появление принесло в научную среду споры о том, кто же именно увидел их первым. Графен — лист толщиной в один атом — появился в 2004-м… и это еще не все.

В 2008 году появились «гигантские» нанотрубки диаметром (но не длиной!) в тысячи раз больше обычных. И, судя по всему, физика и химия углерода на этом останавливаться не собирается.

http

Смотреть видео онлайн — Космический лифт:

(2785)