Листкові пиріжки ХХ століття

Відтоді, як людина почала будувати штучні споруди й створювати з навколишніх речовин предмети для полегшення своєї праці й побуту, вона почала перейматися матеріало­знавчими проблемами. Наприклад, хотілося їй, щоб використовувані матеріали були якомога міцнішими. Тому давні євреї за часів єгипетського полону, виготовляючи цеглу, додали до глини соломи, яка зробила її міцнішою. Так було створено перший композитний матеріал. Усе інше — справа часу.

Куля — тупа

Незабаром після появи на дорогах автомобілів виявилося, що їх вікна, виготовлені зі звичайного скла, небезпечні: розтріскуючись під ударами гравійних частинок, які вилітають з-під коліс інших автомобілів, вони дають безліч осколків, що розлітаються в усі боки. І француз Едуард Бенедиктус 1910 року винайшов багатошарове скло, яке він запатентував за назвою «триплекс». У найпростішому варіанті між двома звичайними листами скла запресовується ламінуюча пластикова або рідка плівка. При цьому міцність скла зростає в 10—15 разів, розбиті осколки не розлітаються навкруги, а повисають на ламінаті, нікому не заподіюючи шкоди.

Відтоді минуло 100 років, технологія багатошарового скла пройшла довгий шлях розвитку, а поширеність його застосування така, що триплекс можна без перебільшення назвати винаходом століття, хоча найчастіше ми проходимо повз нього, навіть не помічаючи. Цей розвиток досі не закінчився, його вища точка наразі — створення  2007 року так званої прозорої броні.

Фінансувалася ця розробка грантом НАТО, а її співвиконавцями були НТК «Інститут монокристалів» (Харків), Фізико-техніч­ний інститут ім. Іоффе (Санкт-Петербург), Інститут неорганічної хімії (Словаччина) і чеська компанія Saint Gobain Advanced Ceramics. Саме в Інституті монокристалів розташоване одне з найпотужніших у світі виробництв штучних сапфірів, що стало базовим для всього проекту. Таких кристалів, як у Харкові, не вирощують більше ніде в Європі, і харків’янам удається утримувати монополію на цих ринках.

Прозора броня являє собою «сендвіч» із сапфіру, скла й пластмаси.

— Завдання сапфіру — перетворити конусну частину кулі на циліндричну, тобто затупити її. У такої кулі питоме навантаження вже в десятки разів менше, і з нею легко справляється скло. Пластмаса ж просто втримує осколки, — пояснює начальник відділу кристалів корунду доктор технічних наук Леонід Литвинов.

Часто після реалізації в чомусь екзотичних проектів виявляється, що в них не дуже успішне майбутнє:­ чи то їхня екзотичність є надмірною, чи то не влаштовує ціна, чи то попит занадто вузький. Але в цьому випадку реалізація проекту залишила після себе в Харкові живе виробництво прозорої броні. Вартість її дійсно не для бідних, але її можна замовити й у зазначений у контракті термін одержати готову продукцію. Що й зробив один виробник спецтехніки з Німеччини, який вирішив оснастити прозорою бронею свої бронетранспортери. Навесні цого року він одержав велике замовлення.

Ген у павутині

До шаруватих матеріалів примикають волокнисті. Такі, як кевлар. Його хімічна назва — поліпарафенил­ентерефталамідне волокно. Уперше його одержала група Стефані Кволек 1964 року, промислова технологія розроблена в 1965-му, а з початку 1970-x років почато комерційне виробництво. Створювався матеріал для армування автомобільних шин, він використовується для цього й тепер. Композитні матеріали, у яких кевлар є армувальним волокном, міцні та легкі.

Він застосовується також для армування мідних і волоконно-оптичних кабелів (це нитка по всій довжині кабелю, що запобігає його розтягуванню й розриву), у дифузорах акустичних динаміків і в протезно-ортопедичній промисловості для збільшення зносостійкості вуглепластикових стоп. Зокрема, виявилося, що він — незамінний компонент тканин, з яких роблять протикулевий захисний одяг.

Наскільки серйозна захисна сила кевлару? 2004 року під час війни в Іраку граната впала туди, де було розташоване відділення під командуванням американського капрала Данхема. Капрал зірвав з голови кевларовий бронешлем і накрив ним снаряд. Граната вибухнула. Ніхто із солдатів не постраждав. Данхем загинув, але вбили його не осколки, а вибухова хвиля…

Однак справжні рекорди міцності, як виявилося, треба шукати не в лабораторіях хіміків, а в живій природі. Павутина, яку випускають павуки з особливих залоз, утричі міцніша за кевлар і в 15 разів міцніша за сталь! От тільки доступним цей матеріал ніяк не назвеш. Але завдяки тому, що до розробки технологій надміцних матеріалів цього року долучилася генна інженерія, ця прикра обставина невдовзі зміниться.

Американським біотехнологам з університету штату Юта вже вдалося схрестити павука й… козу. Певну групу генів було переміщено з генома членистоногого в геном ссавця. Коза від цього не стала ні восьминогою, ні шестиглазою, але в її молоці у великій кількості з’явився той білок, завдяки якому павутина має такі унікальні міцнісні властивості. У такий спосіб він став доступним.

Одночасно в Голландії працював арт-проект, очолюваний художницею ­Джалілою Ессаїді, у який добре  вписалася б куленепробивна людська шкіра. Їй стало відомо про роботу американських біотехнологів, і вона запитала себе: «Чому б не вживити павутину відразу в людську шкіру?» Із цією думкою художниця залучила до свого проекту Абдул ель Галбзуріа, професора Центру медицини університету Лейдена. Відразу ж виявилося, що людська шкіра (а її біотехнологи давно вміють вирощувати штучно) добре уживається з павутиною. Почалися етично дещо сумнівні експерименти, але етика й цікавість — зовсім різні речі. Наразі вже є зразки штучної людської шкіри, які відбивають кулі калібру 5,56.

Наступний етап розв’язан­ня завдання — приживлення куленепробивної шкіри живій людині. Почекаємо на результати, вони вже скоро будуть.