Слоеные пирожки ХХI века
С тех пор, как человек начал возводить искусственные сооружения и создавать из окружающих веществ облегчающие его труд и быт предметы, его стали беспокоить материаловедческие проблемы. Например, хотелось ему, чтобы используемые материалы были как можно прочнее. Поэтому древние евреи во времена египетского плена при изготовлении кирпичей добавили в глину солому, придавшую им дополнительную прочность. Так был создан первый композитный материал. Остальное — дело времени.
Пуля — тупица
Вскоре после появления на дорогах автомобилей оказалось, что их окна, изготовленные из обычного стекла, небезопасны: растрескиваясь под ударами гравийных частиц, вылетающих из-под колес других автомобилей, они дают множество разлетающихся осколков. И француз Эдуард Бенедиктус в 1910 году изобрел многослойное стекло, которое он запатентовал под названием «триплекс». В простейшем варианте между двух обычных стекол запрессовывается ламинирующая пластиковая или жидкая пленка. При этом прочность стекла возрастает в 10—15 раз, разбитые осколки не разлетаются в стороны, а повисают на ламинате, никому не причиняя вреда.
С тех пор прошло 100 лет, технология многослойных стекол прошла длинный путь развития, а широта их применения такова, что триплекс можно без преувеличения назвать изобретением века, хотя чаще всего мы проходим мимо него, даже не замечая. Это развитие до сих пор не закончено, его высшая точка на сегодняшний день — создание в 2007 году так называемой прозрачной брони.
Финансировалась эта разработка грантом НАТО, а ее соисполнителями были НТК «Институт монокристаллов» (Харьков), Физико-технический институт им. Иоффе (Санкт-Петербург), Институт неорганической химии (Словакия) и чешская компания Saint Gobain Advanced Ceramics. Именно в Институте монокристаллов находится одно из самых мощных в мире производств искусственных сапфиров, ставшее базовым для всего проекта. Таких кристаллов, как в Харькове, не выращивают больше нигде в Европе, и харьковчанам во многих отношениях удается сохранять монополию на этих рынках.
Прозрачная броня представляет собой «сэндвич» из сапфира, стекла и пластмассы.
— Задача сапфира — превратить конусную часть пули в цилиндрическую, то есть затупить ее. У такой пули удельная нагрузка уже в десятки раз меньше, и с ней легко справляется стекло. Пластмасса же просто удерживает осколки, — поясняет начальник отдела кристаллов корунда доктор технических наук Леонид Литвинов.
Часто после реализации в чем-нибудь экзотических проектов оказывается, что у них не очень светлое будущее: то ли их экзотичность оказывается чрезмерной, то ли не устраивает цена, то ли спрос слишком узок. Но в данном случае реализация проекта оставила после себя в Харькове живое производство прозрачной брони. Стоимость ее действительно не для бедных, но ее можно заказать и в обусловленные контрактом сроки получить готовые изделия. Что и сделал некий производитель спецтехники из Германии, решивший оснастить прозрачной броней свои бронетранспортеры. Весной нынешнего года он получил заказ, как говорится, в лучшем виде.
Ген в паучьей сети
К слоистым материалам примыкают волокнистые. Такие, как кевлар. Его химическое название — полипарафенилентерефталамидное волокно. Впервые его получила группа Стефани Кволек в 1964 году, промышленная технология разработана в 1965-м, а с начала 1970-x годов начато коммерческое производство. Создавался материал для армирования автомобильных шин, в этом качестве он используется и теперь. Композитные материалы, в которых кевлар выступает как армирующее волокно, получаются прочными и легкими.
Он применяется также для армирования медных и волоконно-оптических кабелей (это нитка по всей длине кабеля, предотвращающая его растяжение и разрыв), в диффузорах акустических динамиков и в протезно-ортопедической промышленности для увеличения износостойкости углепластиковых стоп. В частности, оказалось, что он — незаменимый компонент тканей, из которых делают противопулевую защитную одежду.
Насколько серьезна защитная сила кевлара? В 2004 году во время войны в Ираке граната упала в расположение отделения под командованием американского капрала Данхэма. Капрал сорвал с головы кевларовый бронешлем и накрыл им снаряд. Граната взорвалась. Никто из солдат не пострадал. Данхэм погиб, но убили его не осколки, а взрывная волна…
Однако подлинные рекорды прочности, как оказалось, надо искать не в лабораториях химиков, а в живой природе. Паутина, выпускаемая пауками из особых желез, в 3 раза прочнее кевлара и в 15 раз прочнее стали! Вот только доступным этот материал никак не назовешь. Но благодаря тому, что к разработке технологий сверхпрочных материалов в этом году подключилась генная инженерия, это досадное обстоятельство быстро изменится.
Американским биотехнологам из университета штата Юта уже удалось скрестить паука и… козу. Определенная группа генов была перемещена из генома членистоногого в геном млекопитающего. Коза от этого не стала ни восьминогой, ни шестиглазой, но в ее молоке в больших количествах появился тот самый белок, благодаря которому паутина обладает такими уникальными прочностными свойствами. Таким образом он стал доступным.
Одновременно в Голландии работал арт-проект, возглавляемый художницей Джалилой Эссаиди, в который хорошо бы вписалась пуленепробиваемая человеческая кожа. Ей стало известно о работе американских биотехнологов, и она задала себе вопрос: «Почему бы не вживить паутину сразу в человеческую кожу?» С этой мыслью художница привлекла к своему проекту Абдула эль Галбзуриа, профессора Центра медицины университета Лейдена. Сразу же оказалось, что человеческая кожа (а ее биотехнологи давно умеют выращивать искусственно) прекрасно уживается с паутиной. Начались этически несколько сомнительные эксперименты, но этика и любопытство — совершенно разные вещи. В настоящее время уже существуют образцы искусственной человеческой кожи, отражающие пули калибра 5,56.
Следующий этап решения задачи — приживление пуленепробиваемой кожи живому человеку. Подождем результатов, они уже близки.
