Долгий путь открытий: нанотрубки

Сколько времени обычно проходит от крупного научного открытия до его практического применения? Считается, что рекорд оперативности принадлежит нейлону, изобретённому в корпорации DuPont в 1935 году. Уже через три года стали выпускаться зубные щетки, щетина которых была сделана из этого материала, а спустя ещё два года в продаже появились нейлоновые чулки. Но это, скорее, исключение из правил.

Высокотемпературную сверхпроводимость Йоханнес Беднорц и Карл Мюллер, работавшие в Цюрихской лаборатории IBM, обнаружили ещё в 1986 году. Важность этого открытия, обещавшего революцию во всех областях, которые связаны с электричеством, была осознана очень быстро.

Нобелевскую премию по физике Беднорцу и Мюллеру присудили уже на следующий год, в полном соответствии с завещанием Нобеля, требующим отмечать научные достижения прошлого года.

Чаще же проходит не одно десятилетие, прежде чем научная общественность, отбирающая лауреатов, оценит работу по достоинству. Но несмотря на титанические усилия, потраченные за прошедшие годы на освоение высокотемпературной сверхпроводимости, её механизмы изучены не до конца, а практические приложения немногочисленны.

Углеродные нанотрубки (а это один из самых популярных и многообещающих объектов исследований нанотехнологов) были открыты в 1991 году. Но до сих пор об их широком коммерческом применении остаётся только мечтать. Проблема в том, что по сию пору очень трудно получить достаточно чистые нанотрубки без примесей. Кроме того, всегда получается сложная смесь из трубок разного размера и структуры, которую тяжело использовать.

Хуже того, всё больше возникает опасений, что углеродные нанообъекты могут быть крайне опасны для здоровья. То, что нанотрубки, подобно асбестовым волокнам, способны поражать лёгкие, уже установлено в опытах на мышах. Наночастицы, в принципе, могут вызывать рак и генетические мутации. Учёные до сих пор не знают, как нанообъекты воздействуют на людей и окружающую среду или как их влияние зависит от длительности контакта и концентрации наночастиц. Пока в этих вопросах нет согласия, более того – нет даже общепринятой терминологии. Что уж говорить о законодательном регулировании рынка. Хотя уже сейчас в США зарегистрировано около тысячи потребительских продуктов, которые якобы используют нанотехнологии. Среди них есть теннисные ракетки, носки и даже кетчуп. Правда, имеются серьёзные подозрения, что утверждения о применении нанотехнологий при их производстве не более чем маркетинговый ход для привлечения внимания покупателей.

Однако есть и прямо противоположные результаты. Например, учёные из Арканзасского университета в Литл-Роке утверждают, что присутствие углеродных нанотрубок в почве способствует быстрому проращиванию семян томатов и дальнейшему росту растений. Так, во время опыта треть семян в почве с нанотрубками взошла спустя три дня после посадки – гораздо быстрее, чем на контрольной грядке. Спустя четыре недели растения в земле с нанотрубками были вдвое выше и имели вдвое большую биомассу. Учёные объясняют это тем, что углеродные нанотрубки прокалывают оболочку семени, способствуя доступу в него воды. Однако оппоненты хоть и не подвергают сомнению результаты экспериментов, весьма скептически относятся к объяснению механизма действия углеродных нанотрубок на семена.

Ещё одно достижение, связанное с нанотехнологиями: команде учёных, координируемой из Университета Райса в Хьюстоне, удалось подобрать хороший растворитель для однослойных углеродных нанотрубок – им оказалась хлорсульфоновая кислота. Благодаря ей с нанотрубками можно работать как с обычным пластиком, получая высококачественные волокна, листы и другие изделия из жидкой фазы по отлаженному техпроцессу. В агрессивной хлорсульфоновой кислоте однослойные углеродные нанотрубки спонтанно растворяются в весовой концентрации полпроцента, что в тысячу раз лучше, чем при воздействии других растворителей. При более высокой концентрации нанотрубки в кислоте ведут себя как жидкие кристаллы, что позволяет получать из них прочные, хорошо проводящие нити.

Такие нити из сплетенных нанотрубок легче и в перспективе прочнее стальных. По мере совершенствования технологии производства нитей из нанотрубок они смогут обогнать по прочности и кевларовые, из которых, например, изготавливают бронежилеты. И теперь дело вроде бы за малым – научиться получать однослойные углеродные нанотрубки определенного размера и структуры в промышленных масштабах, однако история показывает, что этот процесс может растянуться на долгие годы…

А вот в Гарвардском университете пока не стремятся к массовому производству. Зато там научились «гнуть» нановолокна из кремния, германия и сульфида кадмия, поворачивая рост волокон на нужный угол. Операцию можно проделать неоднократно, варьируя длину прямых участков. Подобные гнутые волокна могут пригодиться в наноэлектронике, фотодетекторах, сенсорах и других приложениях.

Галактион Андреев

Истоничник:http://www.computerra.ru/science/480783/