Золото, пуля, спасительный яд. 250 лет нанотехнологий

Посмотрим на фуллерены под другим углом зрения. Все они состоят только из атомов углерода, химики называют такие соединения простыми. Из школьного курса все мы помним, что у углерода есть два простых соединения – алмаз и графит[61]. И тут вдруг ученые получили целую россыпь – несколько десятков – новых простых соединений углерода, каждое из которых обладало своими, уникальными свойствами.

Феноменальный прогресс был достигнут и в методах получения фуллеренов. Как вы уже поняли, ученым стоит только намекнуть, что какое-то вещество можно получить в принципе, и вскоре они будут синтезировать его в своих лабораториях граммами и килограммами и доведут дело, если потребуется, до промышленного производства. То же случилось и с фуллеренами. Оказалось, что они образуются при дуговом разряде на графитовых электродах, просто раньше никому в голову не приходило искать их в образующейся при этом саже.

За фуллеренами стояла очередь из представителей самых разных фирм, готовых платить за них наличными, – “черный” рынок есть и в науке. Фуллерены еще толком не научились синтезировать, но при этом все были уверены, что в будущем они найдут множество практических применений – поразительный пример массовой прозорливости. Так что фирмачи стремились как можно быстрее испытать это удивительное вещество, чтобы в будущем не остаться с носом.

Нельзя сказать, что фуллерены ценились на вес золота, ведь золото, в сущности, не такой уж дорогой металл. По прошествии нескольких лет выход фуллеренов достиг умопомрачительной величины – двадцать процентов от массы сожженного графитного электрода, а себестоимость производства наиболее распространенного фуллерена С60 опустилась до нескольких долларов за грамм – сущие копейки по сравнению со стоимостью большинства других химических реагентов. Сегодня фуллерены доступны в любом количестве и могут быть использованы в технологических проектах любого масштаба.

Один из таких проектов запущен американской компанией “Konarka Technologies”[62] в 2008 году. Ее специалисты разработали конструкцию гибких солнечных батарей на основе фуллерена С60 и еще одного выдающегося изобретения последнего времени – проводящих органических полимеров. Их КПД составляет около пяти процентов, что заметно ниже, чем у привычных нам кремниевых батарей, но они и намного дешевле. Планы у компании амбициозные – производство батарей суммарной мощностью порядка гигаватт ежегодно.

Фуллерены – лишь одна группа новых простых соединений углерода. Вторая представлена углеродными нанотрубками (УНТ), о которых я уже упоминал выше, да и вы, несомненно, многократно слышали и читали о них раньше, ведь по частоте упоминания в научно-популярной литературе и СМИ они едва ли не главный продукт нанотехнологий.

“Собрать” нанотрубку даже проще, чем фуллерен, ведь при этом используются только шестиугольные фрагменты. Выкладываем из них длинную плоскую полоску, а затем сворачиваем ее в трубку, соединяя между собой противоположные края. Минимальный диаметр трубки, которую можно получить таким образом, составляет четыре десятых нанометра. Верхнего предела нет (реально получают УНТ с диаметром до ста нанометров), как нет ограничений и на длину трубки, которая в пределе бесконечна, но реально варьируется от одного до ста микрон. Школьники, поднаторев в конструировании нанообъектов, возводят на конце такой трубки фуллереноподобный купол из шести– и пятиугольников, придавая ей законченный вид. Что ж, ученые научились получать и такие трубки.

Но ваша фантазия летит дальше. Если мы можем получить трубки разного диаметра, то почему нам не вложить трубки одну в другую на манер матрешки? И это возможно! Только для этого нет необходимости получать нанотрубки разного диаметра по отдельности, проще сразу вырастить так называемую многостенную углеродную нанотрубку. К слову сказать, это даже проще, чем вырастить одностенную.

Самое поразительное во всей этой истории то, что углеродные нанотрубки были известны очень давно. Отечественные исследователи Л.В. Радушкевич и В.М. Лукьянович опубликовали их фотографию еще в 1952 году, но не факт, что это была первая фотография. Я видел эти углеродные “усы” в свои студенческие годы, их получали на кафедре, где я работал, и демонстрировали как курьез Природы. Ученые, конечно, строили разные предположения о том, как устроены эти странные образования, но держали свои гипотезы при себе или обсуждали их в узком кругу с коллегами. Ни один журнал не принял бы к публикации такую статью, ведь в подтверждение гипотезы нельзя было привести ни одного экспериментального факта – тогда еще не были созданы приборы, способные решить эту задачу.