С проблемами КПД, долговечности и надежности также тесно связаны вопросы, решаемые в рамках нанотехнологического вектора развития по снижению трения в различных агрегатах, в том числе двигателях. Снижение на порядок трения за счет нанопокрытия — ближайшая технологическая перспектива.
В этом контексте следует отметить и упоминавшиеся нанопорошки как основу смазочных материалов, применяемых с обычными агрегатами (без нанопокрытий), как способа продления их ресурса. Одновременно другие нанопорошки будут использоваться и как абразивные материалы, применяемые в таких традиционных сферах, как бурение нефтяных и газовых скважин. В целом, это направление также справедливо рассматривать как традиционное, начатое технологиями по созданию искусственных технологических алмазов и производством уже полностью искусственного, т. е. не существующего в природе, фианита. При этом твердость созданного инструмента (не только бурового, но и иного) может быть выше или соразмерна твердости алмаза, как, впрочем, могут повышаться и его прочностные свойства в целом за счет снижения хрупкости.
Традиционные области применения нанотехнологий требуют и ряда «простых» решений, таких как повышение надежности и качества соединений. Последнее решение стало особенно актуальным при строительстве подводных газопроводов, где качество сварных швов трудно периодически контролировать.
В этом же — решение проблемы сродства [11]различных материалов сборных конструкций, актуальной, в частности, в авиастроении. Так, отсутствие надлежащих материалов при проектировании в целом удачного воздушного судна ТУ-134/154 не позволило найти решения, исключающие процедуры технического обслуживания самолета, требующего периодическую частичную разборку фюзеляжа для проверки состояния стрингеров в местах соединений с корпусом.
В этом же ряду стоит задача обеспечения необходимой адгезии [12]поверхностей, имеющей место в процессах склеивания, пайки, сварки, нанесения покрытий, решение которой, в частности, позволит «склеивать» разнородные материалы, например керамическую пластину с металлической.
Итак, отчетливо просматривается перспектива «традиционных» нанотехнологий как продолжение уже сформировавшихся технологических потребностей и трендов технологического развития, но уже на новой технологической базе. При этом — и это принципиально — конечный продукт данных технологий, как правило, являет собой привычное нам изделие промышленности — от горных лыж, достаточно прочных и эластичных, обеспечивающих скольжение по любому снегу, а возможно и асфальту, до летательных аппаратов, пусть и с большим ресурсом и грузоподъемностью. Конечно, новые материалы дают нам перспективу новых конструктивных решений, позволяющих получить «новое качество», которое в свое время было достигнуто в авиации в виде принципиально новых видов техники и транспорта. Но данное технологическое развитие будет основано на уже имеющихся базовых представлениях, опираться на уже развитые модели, понятную нам математику в форме инженерного дела.
Конечно, не все так просто и последовательно. Следует отметить тенденцию по изменению классического характера некоторых ранее «классических» технологий (назовем такие технологии «переходными»). Ярким примером таких «переходных» технологий могло бы стать создание материала, обеспечивающего обтекание крыла без образования турбулентности, т. е. завихрений потока, приводящих к повышению сопротивления движению в разы и на порядки. Такой ламинарный (не турбулентный) поток по обтеканию «классического материала» демонстрирует нам природа в «лице», а точнее в теле дельфина. Казалось бы, создание «дельфиньей кожи» на основе классических технологий, пусть и нано-, ожидать сложно. Однако научные лаборатории дают нам иные сигналы. Так, разработанная в Институте физических проблем Сибирского отделения Российской академии наук технология создания массивов микродатчиков на основе нанотрубок на достаточно большой поверхности позволяет говорить о создании «думающей» поверхности летательного аппарата, которая будет подстраиваться под аэродинамический поток, затягивая ламинарно-турбулентный переход и уменьшая сопротивление. А это важный шаг к созданию принципиально нового летательного аппарата, «плывущего» в атмосфере подобно дельфину. Вообще, улучшение тех или иных качеств, уже в принципе достигнутых, традиционных, может приводить к изменениям, носящим принципиальный характер. Так, вполне традиционное «легче и прочнее» может сделать реальным полет на Марс, ранее невозможный по простейшим технологическим причинам. И это всегда надо иметь в виду.
Однако в долгосрочной перспективе, по оценке большинства экспертов, нанотехнологии произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую произвели (а она еще далеко не окончена) компьютерные технологии в манипулировании информацией. Нанотехнологии обещают радикальное преобразование как современного производства и связанных с ним технологий, так и человеческой жизни в целом. И этот главный нанотехнологический «приз» — а в контексте нашей книги — вместе со всеми рисками.
По мнению директора Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» М. В. Ковальчука, принципиальная особенность нынешней нанотехнологической революции состоит в том, что в ходе нее наблюдается смена парадигмы развития науки. Раньше мы шли «сверху вниз», т. е. двигались в сторону миниатюризации создаваемых предметов. Сейчас мы идем «снизу», с уровня атомов, складывая из них, как из кубиков, нужные материалы и системы с заданными свойствами. В этом суть нанотехнологий. Атомно-молекулярное конструирование материалов с необходимыми свойствами принесет ощутимые выгоды в экономии и энергетических, и материальных ресурсов.
Атомно-молекулярное конструирование означает становление индустрии в целом на иных, непривычных, и во многом на сегодня не понятых нами принципах. В этих условиях — когда мы многого не понимаем — полезно применение следующего методологического принципа. Если мы хотим представить, что будет через 20 лет, мы должны спрогнозировать, что будет лет через 50, согласиться с этим как с гипотезой, и подумать, что будет сделано за 20 лет по достижении 50-летней цели. При этом за 20 лет технологическое развитие приведет к тому, что сами 50-летние цели станут иными, потеряют актуальность, точность или, возможно, даже смысл. Но именно они в итоге определят развитие в более короткой 20-летней перспективе.
А что мы ожидаем в 50-летней (а многие эксперты говорят, что много ранее) перспективе? В долгосрочной перспективе нас ждет иная материальная капитализацияиндустрии. За этими сложными словами скрыта необходимость повторения того, что делало человечество для достижения своей индустриальной фазы развития. Примитивно это можно пояснить так. Для того чтобы выплавить сталь, надо было добыть коксующийся уголь, температура горения которого достаточно высока и достаточна для плавки стали. Но, чтобы добраться до угля, нужны металлические инструменты, пусть даже медные, ведь сталь мы еще не выплавили. Медь можно выплавить с применением дров. И так далее — до самого первого знакомства человека с огнем. В «квантовых» нанотехнологиях мы только зажгли первую спичку. Инструменты наши примитивны. Но не они будут определять лицо «квантовой» наноиндустрии в долгосрочной перспективе, как не определяет кремневое огниво пещерного человека современное производство.
Но — внимание! — появление новой индустрии подразумевает отказ от старой. Мы уже разучились строить пирамиды, мы скоро разучимся производить электронные лампы — опыт Чернобыля и Фукусимы наглядно показал, как опасен отказ от них: бывший Союз ССР сумел создать робота для работы вблизи активной зоны, Япония — уже нет. Мы утратим многие технологии, и если среди них окажутся те, которые принципиально важны для нашего выживания в экстраординарных условиях — а так оно и будет, — то последствия трудно представить. Давайте предположим, что на год-два отключили электричество. Всё. Повсеместно. Сможем ли мы когда-нибудь снова обеспечить его подачу?
11
Сродством к электрону называют энергию, выделяющуюся в процессе присоединения электрона к свободному атому. Если два металла имеют различное сродство, то при их контакте возникает электродвижущая сила — как в батарейке. Текущий ток разрушает материал.
12
Адгезия (от лат.