Журнал «Компьютерра» № 23 от 19 июня 2007 года
Шрифт:
Эффект Казимира довольно трудно измерить. Сила казимировского притяжения обратно пропорциональна четвертой степени ширины щели, так что зеркала должны находиться очень близко друг к другу. Кроме того, идеальные зеркала существуют только в теории. На практике приходится пользоваться тщательно отполированными металлическими поверхностями, которые неодинаково отражают фотоны разных частот, что уменьшает силу Казимира. Впервые ее существование было экспериментально подтверждено лишь в 1958 году, а затем со все возрастающей надежностью – в 1997-м и в последующие годы. Новейшие измерения подтвердили теоретические вычисления с точностью до одного процента.
Все эти эксперименты проводились в глубоком вакууме. Теперь Мандэй и Капассо проверили, в какой степени сила Казимира экранируется жидкой
Первым взрывчатым веществом (ВВ), которое применил человек, был дымный порох, изобретенный в Китае где-то в VII веке. Примерно через пять веков дымный порох проник в Европу. С тех пор химия ВВ – наука о том, "как взорвать что угодно" – хоть и продвигается вперед, но далеко не теми семимильными шагами, которые делают другие области химического знания. Это вызвано в первую очередь очень жесткими требованиями, предъявляемыми к современным ВВ: они должны быть, с одной стороны, достаточно мощными, а с другой – удобными для использования в технологических процессах, нечувствительными к случайным внешним воздействиям и при этом дешевыми.
Сам взрыв является следствием быстропротекающей экзотермической окислительно-восстановительной реакции. Реакция инициируется в какой-то точке ВВ (детонация) и распространяется с высокой скоростью, в результате весь объем ВВ вовлекается в реакцию и взрывается как единое целое. В ходе реакции образуется большое количество газообразных продуктов, молекулы которых разлетаются в разные стороны от точки взрыва, обладая высокой кинетической энергией, то есть температурой. Чем больше газов и чем выше температура взрыва, тем больший разрушительный эффект можно ожидать. Часто для того, чтобы удовлетворить всем требованиям, применяют различные сочетания ВВ с другими компонентами, но сейчас речь идет об индивидуальных ВВ, о молекулах, которые буквально двигают горы своей спрятанной до поры энергией.
Рекордсменами взрывной мощности и, следовательно, важнейшими ВВ являются нитропроизводные различных органических молекул. Нитроглицерин (скорость детонации 7650 м/с), очень чувствительный к удару и входящий в состав динамита, получен А. Собреро еще в 1846 году. Тринитротолуол (тротил, скорость детонации 6700—7000 м/с) получен Й. Вильбрандом в 1863 году и до сих пор является одним из основных ВВ, применяемых как в чистом виде, так и в смеси с небезызвестным гексогеном (скорость детонации 8360 м/с), синтезированным в 1890 году. Последний более мощен и чувствителен к внешним воздействиям, чем тротил. Скоростью детонации в 9124 м/с может похвастаться октоген, который был впервые обнаружен Райтом и Бахманом в 1941 году как примесь к гексогену. Органические нитропроизводные объединяет то, что окислитель и восстановитель в них входят в состав одной и той же молекулы. В качестве окислителя выступают нитрогруппы (NO2), а восстановителем служат атомы углерода органических групп, таких как метиленовая (CH2), то есть «взрывная» окислительно-восстановительная реакция в данном случае может протекать как по внутримолекулярному, так и по межмолекулярному механизму. Именно поэтому упомянутые соединения можно использовать в чистом виде. В ходе взрыва образуются CO2, N2 и H2O.
В 1999 году в Чикагском университете Филипп Итон и Мао-Си Чжан (Philip Eaton, Mao-Xi Zhang) синтезировали октанитрокубан, самое мощное ВВ, порожденное химией на сегодняшний день: скорость детонации 9800 м/с, температура взрыва 5800 °С. Получение этого соединения – значительное достижение не только технологов ВВ, но и химиков вообще. Молекула октанитрокубана, C8(NO2)8, представляет собой куб из атомов углерода, причем к каждой углеродной вершине куба присоединена одна нитрогруппа. Рекордная мощность этого ВВ обусловлена не только большим количеством нитрогрупп, приходящихся на одну молекулу, но и напряженностью кубического углеродного каркаса, которая при его распаде приводит к выделению дополнительной энергии. Однако октанитрокубан пока не получил широкого применения, так как его синтез довольно сложен и дорог, поэтому химики не прекращают поиск.
Немецкие специалисты по ВВ Томас Клапотке (Thomas Klapotke) и Буркхард Крумм (Burkhard Krumm) из Университета Мюнхена совместно с химиком-кремнийоргаником Райнхольдом Таке (Reinhold Tacke) из Университета Вюрцбурга задались вопросом: а что, если заменить некоторые атомы углерода в обычных ВВ на атомы кремния, который в некоторых отношениях является химическим аналогом углерода? Ученые получили Si(CH2ONO2)4 и Si(CH2N3)4, являющиеся кремнийорганическими аналогами давно известных ВВ – пентаэритриттетранитрата С(CH2ONO2)4 и пентаэритриттетраазида С(CH2N3)4. Новые соединения оказались чрезвычайно чувствительны к внешнему механическому воздействию: даже осторожное прикосновение к веществу специальным пластиковым шпателем может привести к взрыву. Несмотря на все предосторожности, один из образцов взорвался прямо на предметном столике микроскопа, – к счастью, обошлось без жертв. По сравнению с этой кремнийорганикой нитроглицерин покажется образцом устойчивости. Столь высокая чувствительность пока не позволяет получить для новых молекул ряд важных физико-химических характеристик и, естественно, препятствует какому бы то ни было практическому применению. Сейчас ученые пытаются снизить чувствительность полученных соединений. Как отмечают немцы, кремнийорганические ВВ менее токсичны, нежели их органические аналоги, и технология их получения экологически более приемлема.
Несмотря на оптимизм ученых относительно применения новых веществ, остается ряд концептуальных вопросов. Во-первых, при взрыве обычных органических ВВ образуется CO2, а при взрыве кремнийорганического ВВ, кроме того, получается SiO2, и не совсем ясно, в каком виде. Во-вторых, при использовании этих веществ в качестве добавок к топливу тот же SiO2 может откладываться в камере сгорания и нарушать ее работу. ЕГ
Оригинальный способ сжатия углеродных нанотрубок в тугой пучок предложили физики из Ренсселерского политехнического института. Такие связки в перспективе смогут заменить медь в компьютерных чипах и даже стать основой новых микросхем с трехмерной структурой.
Одна углеродная нанотрубка без дефектов может быть великолепным проводником для электрического тока. К сожалению, ее сечение невелико, и сколько-нибудь большой ток по одной нанотрубке не передашь. Для этого трубки нужно как-то связать в пучок, и основные потери, как предсказывает теория, возникнут на контактах между ними. Тем не менее и такой пучок, если он достаточно плотный, может иметь сопротивление заметно меньше, чем у меди. Но пока лучшие образцы свитых из нанотрубок проводов с трудом дотягивают лишь до алюминия.
Нанотрубки обычно выращивают как не слишком густой лес на подложке. Чтобы сжать их в тугой пучок, ученые придумали залить их жидкостью – например, изопропиловым спиртом. Затем, медленно испаряя спирт, нанотрубки можно сблизить капиллярными силами, а когда спирт совсем испарится, они будут удерживаться вместе уже молекулярными силами Ван-дер-Ваальса. Но оказалось, что этот процесс не так прост и сильно зависит от многих параметров – например, от длины нанотрубок. Если они слишком коротки, то и вовсе не могут сблизиться, если слишком длинны, то перепутываются и не образуют плотный пучок, и лишь "в золотой середине" процесс идет как надо.