Юный техник, 2008 № 02 - [8]
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!
ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Суперпроводящий кремний
Новую страницу в исследованиях высокотемпературной сверхпроводимости открыли недавно французские физики, пишет известный научный журнал «Нейчур». Им удалось то, над чем другие бились долгие десятилетия…
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!
