Хорошо бы, наверное, и сам жилет сделать саморемонтирующимся. Чтобы повреждения заживали на нем, как царапины на коже. Это случится еще не завтра. Но сами исследования уже вышли за пределы лабораторий. На специализированных полигонах, в обстановке строгой секретности ученые и военные эксперты продолжают отработку спецснаряжения для рыцарей XXI века. И что еще удивительного они придумают, мы постараемся вам рассказать.

По материалам выставки Inerpolitex

публикацию подготовил Г. МАЛЬЦЕВ

БРОНЯ ИЗ САПФИРА

Стекла, как известно, тоже бывают бронированными. Ныне квадратный метр бронированного стекла толщиной в 10 см весит около 80 кг — не каждый автомобиль способен нести такие окна.

И вот ученые Научно-технологического комплекса «Институт монокристаллов» НАН Украины в Харькове предложили использовать вместо бронированного стекла новый трехслойный материал на основе искусственного сапфира. В проекте также участвуют сотрудники питерского Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе, словацкого Института неорганической химии и чешской компании Saint Gobain Advanced Ceramics.

По словам одного из разработчиков, заведующего отделом корунда НТК «Институт монокристаллов» Леонида Литвинова, первым встречает пулю именно слой специального упрочненного сапфира. Его задача — превратить конусную пулю в цилиндрическую, то есть сплющить ее кончик. Для этого искусственный сапфир подвергли спецобработке физическими и химическими методами, максимально увеличив его прочность.

В итоге, как показали испытания, пуля сквозь такой «сэндвич» не проникнет, лишь в месте попадания появятся трещины. При этом новая прозрачная броня втрое тоньше обычного пуленепробиваемого стекла, причем сам сапфир имеет толщину всего 7 мм!

И в самом деле, вот уже почти сто лет наука пытается решить проблему сверхпроводимости. Само это явление, заключающееся в том, что при определенных условиях — температуре, давлении и т. д. — материал полностью теряет электрическое сопротивление, было открыто в 1911 году нидерландским физиком Г.Камерлинг-Оннесом. За это он вскоре был удостоен Нобелевской премии (1913 г.).

После этого данное явление долгое время оставалось как-то вне поля зрения физиков. И хотя в 1972 году американским физикам Джону Барлину, Ли Куперу и Джону Шрифферу удалось получить еще одну Нобелевскую премию — за теоретическое обоснование основ сверхпроводимости, физическая природа этого явления и сегодня во многом остается тайной за семью печатями.

Никто толком не знает, почему одни материалы при снижении их температуры ниже определенной отметки становятся сверхпроводниками, а другие — нет. Кроме того, никому пока не удалось получить сверхпроводимость при обычной комнатной температуре. Обычно сверхпроводники приходится охлаждать до температур, близких к абсолютному нулю (-273,15 °C), что достаточно хлопотно и дорого. Даже сплав на основе технеция, имеющий на сегодняшний день самую высокую температуру перехода в сверхпроводящее состояние, нуждается в охлаждении до 11,2К. Поэтому о широком распространении в технике подобных сплавов долгое время не могло быть и речи.

Однако в 1986 году сотрудникам корпорации IBM Иоханесу Бернардсу и Карлу Мюллеру удалось открыть так называемые сверхпроводящие керамики — новый класс соединений, способных переходить из одного состояния в другое при менее низких температурах.

Так, керамика на основе кислорода, меди, бария и лантана, в обычных условиях вообще не проводящая электрический ток, приобретала сверхпроводимость уже при 58К! За открытие этого состояния, названного высокотемпературной сверхпроводимостью, исследователи были опять-таки удостоены Нобелевской премии.

А еще через год группа американских физиков, модифицировав состав керамики, получила сверхпроводимость при 92К! Это уже выше температуры кипения жидкого азота, получение которого относительно дешево. А потому, хотя физическая подоплека этого явления во многом так и остается непонятной, сверхпроводящие керамики уже начали применять в технике, например, для устройства сверхпроводящих магнитов в ускорителях.

Абсолютный рекорд на сегодня, кстати, составляет 138К. Он принадлежит соединению, состоящему из атомов кислорода, талия, бария, меди и ртути.

Впрочем, и у подобных металлокерамик есть свои недостатки. Во-первых, они очень дорогие. Во-вторых, очень хрупкие, и это затрудняет их применение. А потому физики из Национального центра научных исследований Франции в Гренобле под руководством Этьена Бустаре в поисках новых сверхпроводящих материалов провели недавно серию исследований с известным всем кремнием и получили материал, обладающий сверхпроводимостью при нормальном атмосферном давлении.

Что здесь примечательного?

Как известно, кремний имеет кристаллическую решетку сродни решетке алмаза и при комнатной температуре ведет себя как диэлектрик. В его структуре столь мало свободных носителей электрического заряда, что ток через него практически не идет. Однако электропроводность кремния можно изменять в широких пределах, вводя в него примеси других элементов.

Так, например, достаточно очень небольшого количества атомов бора или фосфора, чтобы сделать кремний электропроводным.

Уже при соотношении примеси 8 «чужих» атомов на 100 000 собственных кремний обретает свойства типичного металла. И теория предсказывала, что при более высокой концентрации примесей проводимость кремния может стать сверхпроводимостью. На практике же технологам почти шесть десятков лет не удавалось «втолкнуть» в кремний дополнительное количество атомов примеси. А потому для получения сверхпроводимости в кремнии его приходилось не только охлаждать почти до абсолютного нуля, но еще и подвергать колоссальному давлению — до 100 000 атмосфер!

Распределение примесей в кристаллической решетке.

Тем не менее, в конце 2006 года французским исследователям удалось повысить содержание примесей в кремнии в 10 000 раз. Каким же образом? Ученые пошли на некоторые хитрости.

Сначала кремниевую пластину поместили в газовую среду, состоящую из атомов бора. Когда бор осел на поверхности кремния, образовав тончайшую пленку, поверхность стали облучать импульсами ультрафиолетового лазера большой мощности. Кванты ультрафиолета расплавляли поверхность кремния и как бы «утапливали» в расплаве атомы примеси. При этом кремний остывал столь быстро, что не успевал толкнуть атомы примеси обратно на поверхность. Они оставались словно «заморожены» внутри кристалла. И с каждым последующим импульсом количество атомов примеси все возрастало…

Таким образом исследователям удалось довести концентрацию примеси до 4 %. Это и привело к тому, что хотя кремний по-прежнему приходится очень сильно охлаждать, но его сверхпроводимость наступает при нормальном атмосферном давлении.

Конечно, необходимость охлаждения все еще сдерживает широкое применение сверхпроводящего кремния в технике. Однако полученный материал дешевле других. Исследователи вовсе не закончили свою работу и надеются получить высокотемпературную сверхпроводимость. А она, в свою очередь, глядишь, приведет их к получению очередной Нобелевской премии.