Сидите, разлагаете молекулы на атомы...

МИНИАТЮРЫ ИЗ ПРОШЛОГО

Новое направление называют нанотехнологиями. То есть инженеры имеют дело со сверхмалыми частицами размером до 1 нм или одной миллиардной метра. Во столько же раз футбольный мяч меньше земного шара.

Термин «нанотехнологии» появился в середине 1970-х гг. Однако первые серьезные исследования начали немного позже, когда физики Герд Бинниг и Генрих Рорер из фирмы «Ай-Би-Эм» (IBM) создали сканирующий тоннельный микроскоп, позволяющий рассмотреть отдельные атомы. В 1986 году появился более совершенный прибор, при помощи которого можно не только разглядывать, но и «переставлять» частицы.

В этом и заключается задача нанотехнологий: найти атом с необходимыми свойствами и поставить на правильное место. Так можно строить детали лишь из необходимых частиц, а ненужные просто отставлять в сторону. Изделие получается сверхкомпактным, выполняющим только требуемые задачи. Технологичность на высоте – ничего лишнего!

Нанотехнологии уже применяют в самых разных областях: медицине, производстве компьютеров, металлургии. В частности, они позволили заметно улучшить свойства алюминиевых сплавов. Некоторые решения реализованы уже и в серийных автомобилях, а кое-что появится в ближайшее время.

В МИРЕ ЖИВОТНЫХ

Многое ученые подсмотрели у природы. Ведь, создавая животный и растительный мир, она, сама того не подозревая, уже миллиарды лет пользуется нанотехнологиями. Пример – цветок лотоса. Его поверхность отталкивает воду и грязь, всегда оставаясь чистой. Корректируя структурную формулу, специалистам удалось воссоздать схожее с природным покрытие. Вероятно, уже скоро автомобили будут окрашивать эмалями, вода с которых скатывается, не оставляя грязных разводов. Пока ноу-хау обкатывают на красках для строительных работ и кровельной черепице.

Другой живой пример – хамелеон, меняющий цвет в зависимости от окружающей среды. Некоторые автомобили уже примеряют «разноцветную» одежду, меняющую колер от освещения. Но не за горами время, когда кузов будет играть цветами не только на солнышке. Нажимая кнопку в салоне, водитель изменит электрическое напряжение. В зависимости от его величины молекулы красящего вещества принимают различные оттенки. Машину за несколько секунд можно будет «перекрасить». Правда, вряд ли это понравится полиции.

Обидно, когда на новеньком сверкающем автомобиле появляются царапины. Специалисты обещают в недалеком будущем избавить владельцев от таких неприятностей. Эмалям с наноструктурой не нужны полироли. Молекулы обычной краски состоят из длинных и хрупких цепочек углеродов. Специалисты по нанотехнологиям перестроили их в более компактные соединения частиц кремния и органических полимеров. Поцарапать такое покрытие практически невозможно. Кроме того, «нанолаки» дают еще одно преимущество – технология окраски принципиально не изменится.

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ НА КРЫШЕ

Нанотехнологи уверены: эмаль нужна не только для защиты и придания нарядного вида кузову. Краскам поручат перерабатывать солнечную энергию в электрическую. Хитрая эмаль состоит из трех компонентов: молекулы красного красителя (это не значит, что машина должна быть непременно красной), наночастицы диоксида кремния, электролит. При попадании солнечного света на красные молекулы высвобождаются электроны. Последние вступают в реакцию с наночастицами диоксида кремния, «запрессованными» в электролит с ионами йода. На электродах появляется ток.

Основное преимущество таких источников энергии – большая рабочая поверхность, по терминологии ученых – нанопористость. Существуют и другие плюсы, например, «батарею» не надо поворачивать за солнцем.

Но «солнечные» краски вряд ли заправят в краскопульты очень скоро. По заявлению компании «Даймлер-Крайслер», первые серийные автомобили, окрашенные такими эмалями, появятся не раньше чем через пять лет. А пока предлагают упрощенный вариант – наклеивать на кузовные панели пленочные солнечные батареи. На тонкую пластиковую основу наносят фотоактивный органический слой с полупроводниковыми наноламелями – микроскопическими металлическими пластинами.

Производить пленочные батареи дешевле, чем краску. Благодаря гибкой основе они легко примут форму любой кузовной детали. Но, как и у большинства новорожденных проектов, у этого достаточно детских болезней. Коэффициент полезного действия пленочной батареи составляет всего 3%, тогда как у лакокрасочных покрытий – около 10%. Кроме того, пленочные элементы электрохимически нестабильны и примерно через полгода существенно теряют эффективность. Впрочем, специалисты не отчаиваются.

А пока пытаются модернизировать уже отработанные конструкции солнечных батарей. В тонкий слой монокристаллов кремния встраивают частицы полупроводника германия. Обклеенный такими батареями кузов вырабатывает столько же электроэнергии, сколько полукиловаттный генератор. Современному автомобилю, напичканному электроникой и сервоприводами этого, конечно, маловато. Но дополнительные киловатты освободят двигатель от лишней работы и сэкономят около полулитра топлива на 100 км.

НЕПРОЗРАЧНЫЙ, КАК... СТЕКЛО

На многие туристические автобусы устанавливают стекла, между слоями которых вложена тонкая пленка из наночастиц: она отражает инфракрасное излучение и препятствует проникновению тепла в салон.

Контролировать ситуацию за автомобилем уже помогают «умные» зеркала, которые затемняются в зависимости от освещенности. Чувствительные датчики следят за ее изменением и подают электрический сигнал на специальное покрытие. «Фольксваген» планирует выпускать машины, в которых будут «темнеть» не только зеркала, но и стекла. При желании водитель сможет вовсе отгородиться от внешнего мира за черными стеклами, нажав на кнопку в салоне.

Антибликовые приборные панели – уже реальность. Специальные покрытия на защитных стеклах поглощают солнечные лучи и делают индикаторы читаемыми.

Молекулярные технологии продолжают будоражить умы конструкторов. Мотористы приспосабливают их к двигателям внутреннего сгорания и установкам на топливных элементах. Шинники колдуют над универсальным составом резины, которая изменяет свойства в зависимости от температуры и влажности. Вероятно, скоро появятся присадки в топливо, которые позволят отказаться от нейтрализатора...

Увидеть их невооруженным взглядом невозможно, но эти частицы все увереннее вторгаются в наш быт, словно подтверждая: жизнь состоит из мелочей.