Журнал «Компьютерра» № 12 от 28 марта 2006 года

НОВОСТИ: Кожа да кости. Большие достижения маленьких технологий

Автор: Галактион Андреев

Компьютерра постоянно пишет об успехах нанотехнологий, которые уже в недалеком будущем обещают стать основой вычислительной техники. И, пожалуй, самое перспективное направление — углеродные нанотрубки — постоянно радует нас новыми достижениями. Из нанотрубок уже сделали транзисторы («КТ» #602), логические переключатели, ячейки памяти (#610), эффективные излучатели света (#616) и целый ряд материалов с удивительными свойствами (##603, 617). Но прогресс в этой области все ускоряется, и углеродные нанотрубки порой находят применения в совершенно неожиданных областях.

Так, в Ренсселеровском политехническом институте недавно обнаружили, что некоторые композитные материалы на основе углеродных нанотрубок прекрасно гасят вибрацию. Идея использовать нанотрубки для увеличения прочности композитов отнюдь не нова — некоторые разработки в этой области уже нашли коммерческое применение. Но в ряде приложений важнее способность материала превращать энергию колебаний в тепло. С этой точки зрения нанотрубки еще не исследовались.

Как правило, для ослабления колебаний используют специальные вязкие демпфирующие материалы или пропитки на основе тяжелых углеводородов, каучуков и других полимеров с длинными молекулами. Эти молекулы, изгибаясь и взаимодействуя друг с другом при деформациях материала, эффективно гасят колебания. Однако их применение утяжеляет конструкцию и снижает ее прочность. Кроме того, ни один из широко используемых демпфирующих материалов не выдерживает слишком высоких или низких температур, теряя вязкость или становясь слишком хрупким. В некоторых полимерных вибропоглощающих покрытиях используются жароустойчивые графитовые включения. Слои из атомов углерода в частичках графита при деформациях скользят друг по другу и эффективно гасят вибрацию. Но сделать графитовые композиты прочными, увы, не получается.

Совсем другое дело — тот же углерод, но в нанотрубках. Композиты на их основе прочны, легки и, как оказалось, эффективно поглощают вибрацию. Такое сочетание противоречивых свойств необходимо, например, в диффузорах громкоговорителей. Их материал должен быть легким, жестким, чтобы не возникали паразитные колебания, и вязким, чтобы быстро эти колебания потушить. Не случайно в диффузорах высококачественных динамиков используют такие совершенные материалы, как кевлар или металлокерамика.

Не менее важны все эти свойства и для корпусов космических аппаратов, самолетов, деталей автомобилей. Там особенно пригодится уникальная способность нанотрубок почти не менять характеристик в широком диапазоне температур. Более того, ученым впервые удалось показать, что демпфирующие свойства нанотрубок даже усиливаются при нагреве. Возможно, это объясняется недавно открытой пластической деформацией при высоких температурах: при двух тысячах градусов ажурная одноатомная труба легко растягивается, как нагретая пластиковая соломинка.

В том же институте, но в другой научной группе удалось изготовить очень гибкую проводящую «нанокожу». Обычно сложенные пучком нанотрубки не сохраняют взаимное расположение при деформациях, поскольку связываются друг с другом слишком слабыми силами. Эту проблему решили следующим образом. Сравнительно толстые многослойные нанотрубки сначала выращивают на специальной подложке из диоксида кремния. При этом на подложке с помощью обычной фотолитографии может быть предварительно вытравлен произвольный узор, дабы нанотрубки расположились нужным образом. Затем «углеродный лес» заливают полидиметилсилоксаном, который, твердея, надежно скрепляет нанотрубки друг с другом. Получившийся слой отделяют от подложки, и «нанокожа» готова. Она настолько гибка, что может быть обернута вокруг кончика пипетки, и в то же время достаточно прочна для использования в электронной бумаге, гибких дисплеях, химических сенсорах и другой электронике.

Более того, нанотрубки можно расположить и залить полимером так, чтобы поверхность «кожи» обладала свойствами пластиковой липучки Velcro. Пара таких слоев послужит прекрасным соединением в электронных устройствах и заменит громоздкие разъемы или пайку. Но и один ощетинившийся нанотрубками слой обладает свойствами липкой ленты, поскольку трубки эффективно цепляются практически за любую поверхность. В Акронском университете, используя близкую технологию, уже создали искусственную конечность геккона, в двести раз более липкую, чем настоящая лапа этой удивительной ящерицы, легко бегающей по стенам и потолку.

Но самые удивительные и многообещающие результаты получили ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде. Они обнаружили, что костные клетки прекрасно растут и размножаются на подложке из углеродных нанотрубок (на фото). Это позволяет надеяться, что нанотрубки можно будет использовать при лечении травм, аномалий в развитии костных тканей или при протезировании зубов. Правда, высказывались опасения, что при массовом использовании углеродные нанотрубки могут быть вредны для здоровья. По всей видимости, эти страхи напрасны: в организме трубки инертны и не разлагаются биологическим путем.