Архивная публикация 2003 года: "Пластмассовый героизм"
И это чревато переворотом в электронике, информатике и приборостроении.Российские ученые выяснили, что полимеры могут проводить электрический ток. Причем проводимость "получилась" обратимой: по желанию можно заставить полимер проводить ток или вновь превратить его в изолятор.
Это открытие если и не совершит революцию в мире физики, то как минимум станет одним из серьезных шагов к созданию технологий будущего. Впрочем, пока на основе открытия реализуются еще достаточно скромные проекты: создаются различные датчики, клавиатуры для ЭВМ, основное отличие которых от ныне существующих заключается в дешевизне и повышенной надежности. Но уже в скором будущем изобретение поможет создать дешевые и надежные сверхтонкие дисплеи, носители информации нового поколения, а также заменить драгоценные металлы в электронных приборах.
Дело случая
Как таковое научное направление электропроводящих полимеров появилось на свет в начале 70-х годов. Тогда сотрудник лаборатории химических ресурсов Токийского технологического института Хидеки Ширакава совершенно случайно -- в результате ошибки в концентрации катализатора -- получил полимерные пленки, способные проводить ток. Позже Ширакава встретился с двумя американцами из Пенсильванского университета -- Аланом Хигером и Аланом Мак-Диармидом. Итогом их совместной работы, суть которой заключалась, грубо говоря, в добавлении в полимеры различных спецдобавок, стало определение оптимальных условий синтеза и модификации полимеров, благодаря чему по электропроводимости последние достигли уровня меди. За что в 2000 году эта троица получила Нобелевскую премию по химии.
Однако открытие российских ученых лишь в малой части повторяет прошлые достижения. Во-первых, наши физики ничего в полимеры не добавляли, а нашли условия, при которых определенные полимерные материалы начинают пропускать ток. Во-вторых, российские исследователи открыли эффект обратимой электропроводимости -- хотя они пока еще толком сами не знают, каким образом этот эффект достигается.
У истоков открытия стоял профессор уфимского Института органической химии РАН Сергей Салазкин, ныне работающий в Институте элементоорганических соединений РАН в Москве. Ученый синтезировал органический полимер, получивший непроизносимое название "полидифениленфталит". Этот материал способен выдерживать температуру более +400 градусов по Цельсию и при этом устойчив к концентрированным кислотам и щелочам. Изначально предполагалось использовать новый полимер как материал для различных химических фильтров, защитных покрытий, клеевых соединений и т.д.
Вероятно, он таким образом и использовался бы, если бы -- опять же случайно -- не попал в лабораторию физики полимеров Института физики молекул и кристаллов РАН (Уфа), которой руководит Алексей Лачинов. Досконально исследовав пленку нового полимера, уфимские ученые открыли очень интересные "побочные" ее свойства. Как выяснилось, этот материал ко всему прочему при незначительных внешних воздействиях (давлении в несколько граммов, слабом электрическом поле) из изолятора превращается в проводник. Причем степень его проводимости может меняться в зависимости от силы воздействия и превышать уровень проводимости меди -- лучшего, как считалось ранее, проводника.
По словам Алексея Лачинова, сначала ученые просто растерялись: создавалось впечатление, что "концентрация" в одном материале таких свойств, как устойчивость к высоким температурам, агрессивным средам и аномально высокая проводимость при незначительном воздействии, противоречит законам физики. Однако результат, что называется, был налицо.
Впоследствии к работе над "полимерным феноменом" присоединились исследователи из питерского Физико-технического института РАН (группа отделения физики твердого тела под руководством профессора Александра Ионова), лаборатория профессора Леонида Григорова из Института синтетических полимерных материалов РАН (Москва) и др.
Объединенными усилиями ученые от довольно простых проектов постепенно перешли к разработке сложнейших устройств так называемого атомарного размера, то есть аппаратов, габариты которых не превышают 10-миллиардных долей метра.
Лучше меньше, да больше
На сегодняшний день российские ученые запатентовали сам новый полимер (а с ним еще целый ряд аналогичных, созданных позже по его образу и подобию), методы его синтеза, а также принципы создания нескольких мембранных приборов, в которых используется чувствительность полимера к давлению. Это уже упоминавшиеся выше клавиатуры для компьютеров, СВЧ-печей, электронных весов, а также различные датчики и т.д.
"Полимерная" технология проста: полимер наносится на нужные поверхности как лак. И хотя пленка получается тончайшей, от помех, перегрева и прочих неприятностей она приборы полностью защищает, благодаря чему стоить они будут как минимум втрое дешевле традиционных, а служить -- в несколько раз дольше.
Сейчас начались работы над более впечатляющими, амбициозными проектами. В частности, в настоящее время идет подготовка к созданию эмиссионного пленочного (сверхтонкого) дисплея. Полимерную пленку можно изготовить практически неограниченной площади, следовательно, вполне реально сделать такой же экран, который, опять же, будет стоить существенно дешевле жидкокристаллического.
Исследования эффекта электропроводимости полимера на молекулярном уровне показали, что с помощью данной технологии можно создать информационные носители нового поколения. По емкости полимерные носители информации превзойдут современные CD и DVD в тысячу раз. В перспективе же, как считает Алексей Лачинов, емкость полимерных дисков можно повысить еще больше -- в сто миллиардов раз. Иными словами, нескольких десятков таких полимерных дисков будет достаточно для записи всей существующей ныне на планете "оцифрованной" информации.
Логично было бы предположить, что раз полимер умеет хорошо проводить электрический ток, то его можно использовать в линиях электропередачи вместо дорогостоящих алюминия и меди. Но здесь, к сожалению, действительно существует физический запрет. Ток может проводить только полимерная пленка толщиной в несколько микрометров (1 микрометр -- это миллионная часть метра). А этого явно недостаточно для силового кабеля -- тонкая пленка просто не выдержит большого электрического напряжения.
Полимер в будущем сможет заменить лишь благородные металлы, которые используются в качестве проводящих покрытий на различных контактах, например в электронных реле. Но и в этом случае произойдет многократное удешевление производства.
И это чревато переворотом в электронике, информатике и приборостроении.Российские ученые выяснили, что полимеры могут проводить электрический ток. Причем проводимость "получилась" обратимой: по желанию можно заставить полимер проводить ток или вновь превратить его в изолятор.
Это открытие если и не совершит революцию в мире физики, то как минимум станет одним из серьезных шагов к созданию технологий будущего. Впрочем, пока на основе открытия реализуются еще достаточно скромные проекты: создаются различные датчики, клавиатуры для ЭВМ, основное отличие которых от ныне существующих заключается в дешевизне и повышенной надежности. Но уже в скором будущем изобретение поможет создать дешевые и надежные сверхтонкие дисплеи, носители информации нового поколения, а также заменить драгоценные металлы в электронных приборах.
Дело случая
Как таковое научное направление электропроводящих полимеров появилось на свет в начале 70-х годов. Тогда сотрудник лаборатории химических ресурсов Токийского технологического института Хидеки Ширакава совершенно случайно -- в результате ошибки в концентрации катализатора -- получил полимерные пленки, способные проводить ток. Позже Ширакава встретился с двумя американцами из Пенсильванского университета -- Аланом Хигером и Аланом Мак-Диармидом. Итогом их совместной работы, суть которой заключалась, грубо говоря, в добавлении в полимеры различных спецдобавок, стало определение оптимальных условий синтеза и модификации полимеров, благодаря чему по электропроводимости последние достигли уровня меди. За что в 2000 году эта троица получила Нобелевскую премию по химии.
Однако открытие российских ученых лишь в малой части повторяет прошлые достижения. Во-первых, наши физики ничего в полимеры не добавляли, а нашли условия, при которых определенные полимерные материалы начинают пропускать ток. Во-вторых, российские исследователи открыли эффект обратимой электропроводимости -- хотя они пока еще толком сами не знают, каким образом этот эффект достигается.
У истоков открытия стоял профессор уфимского Института органической химии РАН Сергей Салазкин, ныне работающий в Институте элементоорганических соединений РАН в Москве. Ученый синтезировал органический полимер, получивший непроизносимое название "полидифениленфталит". Этот материал способен выдерживать температуру более +400 градусов по Цельсию и при этом устойчив к концентрированным кислотам и щелочам. Изначально предполагалось использовать новый полимер как материал для различных химических фильтров, защитных покрытий, клеевых соединений и т.д.
Вероятно, он таким образом и использовался бы, если бы -- опять же случайно -- не попал в лабораторию физики полимеров Института физики молекул и кристаллов РАН (Уфа), которой руководит Алексей Лачинов. Досконально исследовав пленку нового полимера, уфимские ученые открыли очень интересные "побочные" ее свойства. Как выяснилось, этот материал ко всему прочему при незначительных внешних воздействиях (давлении в несколько граммов, слабом электрическом поле) из изолятора превращается в проводник. Причем степень его проводимости может меняться в зависимости от силы воздействия и превышать уровень проводимости меди -- лучшего, как считалось ранее, проводника.
По словам Алексея Лачинова, сначала ученые просто растерялись: создавалось впечатление, что "концентрация" в одном материале таких свойств, как устойчивость к высоким температурам, агрессивным средам и аномально высокая проводимость при незначительном воздействии, противоречит законам физики. Однако результат, что называется, был налицо.
Впоследствии к работе над "полимерным феноменом" присоединились исследователи из питерского Физико-технического института РАН (группа отделения физики твердого тела под руководством профессора Александра Ионова), лаборатория профессора Леонида Григорова из Института синтетических полимерных материалов РАН (Москва) и др.
Объединенными усилиями ученые от довольно простых проектов постепенно перешли к разработке сложнейших устройств так называемого атомарного размера, то есть аппаратов, габариты которых не превышают 10-миллиардных долей метра.
Лучше меньше, да больше
На сегодняшний день российские ученые запатентовали сам новый полимер (а с ним еще целый ряд аналогичных, созданных позже по его образу и подобию), методы его синтеза, а также принципы создания нескольких мембранных приборов, в которых используется чувствительность полимера к давлению. Это уже упоминавшиеся выше клавиатуры для компьютеров, СВЧ-печей, электронных весов, а также различные датчики и т.д.
"Полимерная" технология проста: полимер наносится на нужные поверхности как лак. И хотя пленка получается тончайшей, от помех, перегрева и прочих неприятностей она приборы полностью защищает, благодаря чему стоить они будут как минимум втрое дешевле традиционных, а служить -- в несколько раз дольше.
Сейчас начались работы над более впечатляющими, амбициозными проектами. В частности, в настоящее время идет подготовка к созданию эмиссионного пленочного (сверхтонкого) дисплея. Полимерную пленку можно изготовить практически неограниченной площади, следовательно, вполне реально сделать такой же экран, который, опять же, будет стоить существенно дешевле жидкокристаллического.
Исследования эффекта электропроводимости полимера на молекулярном уровне показали, что с помощью данной технологии можно создать информационные носители нового поколения. По емкости полимерные носители информации превзойдут современные CD и DVD в тысячу раз. В перспективе же, как считает Алексей Лачинов, емкость полимерных дисков можно повысить еще больше -- в сто миллиардов раз. Иными словами, нескольких десятков таких полимерных дисков будет достаточно для записи всей существующей ныне на планете "оцифрованной" информации.
Логично было бы предположить, что раз полимер умеет хорошо проводить электрический ток, то его можно использовать в линиях электропередачи вместо дорогостоящих алюминия и меди. Но здесь, к сожалению, действительно существует физический запрет. Ток может проводить только полимерная пленка толщиной в несколько микрометров (1 микрометр -- это миллионная часть метра). А этого явно недостаточно для силового кабеля -- тонкая пленка просто не выдержит большого электрического напряжения.
Полимер в будущем сможет заменить лишь благородные металлы, которые используются в качестве проводящих покрытий на различных контактах, например в электронных реле. Но и в этом случае произойдет многократное удешевление производства.
МИХАИЛ СИДОРОВ
Подписывайтесь на PROFILE.RU в Яндекс.Новости или в Яндекс.Дзен. Все важные новости — в telegram-канале «PROFILE-NEWS».
