Цирконий и гафний - два металла, нашедшие в наши дни самое широкое распространение в атомной энергетике. Секрет циркония в том, что он обладает крайие низкой нейтроннопоглощающей способностью. Другими словами, он спокойно пропускает нейтроны, поддерживающие процесс атомного расщепления. К тому же цирконий наделен природой высочайшей антикоррозийной стойкостью в высокотемпературной воде.
Его "партнер" гафнии - тоже высококоррозионный металл, но в отличие от циркония превосходно поглощает нейтроны. Вот почему он, по существу, идеальный материал для изготовления штанг управления ТВЭЛами (тепловыделяющими элементами) в легководных атомных реакторах.
Ниобий и тантал, молибден и вольфрам - материалы будущего. Вероятнее всего, что, помимо широкого их применения в ракетостроении и при создании космических кораблей, они найдут самое широкое распространение в производстве горячих штампов и химического оборудования.
Конечно, этот своеобразный парад материалов, претендующих на роль лидера в ближайшей перспективе материаловедения, можно было бы продолжать довольно долго. Рискну все же прервать его для очень важного, на мой взгляд, отступления, суть которого сводится к следующему: не ошибаются ли ученые, называя среди материалов, которым предстоит трудиться на нужды науки и промышленности XXI века, те из них, что и сейчас имеют самое широкое распространение?
Думаю, что нет, не ошибаются. Хотя поверить в это действительно нелегко. Недаром мой старый друг, прочитав рукопись этой книги, несказанно удивился, узнав, что дерево - старый верный материал, известный людям, как говорится, испокон веков - отнесен в ней в разряд перспективных. Какой же он перспективный, если из него еще наши предки рубили дома, строили корабли, гнали живицу, жгли уголь?
Все верно, так оно и есть. Но одно другому не помеха. И скажи кто-то в свое время нашим прапрадедам, что придет пора, и дерево обернется материалом прочным, как сталь, тяжелым, как камень, не будет гореть в огне и мгновенно пойдет ко дну, если окажется в воде - ни за что бы не поверили. Между тем, все эти удивительные свойства не выдумка, не вымысел фантастов. Древесина с совершенно не свойственными ей от природы качествами существует и применяется с самыми различными целями и назначениями.
Это новый, весьма перспективный материал. Сегодня естественный, природный композиционный материал - древесина - стал основой великого множества конструкционных материалов. И чем еще он нас порадует, покажет будущее.
Так что новым материал называется отнюдь не потому, что он недавно открыт, создан, синтезирован. Новым, перспективным его делают качества, обнаруженные в нем учеными в процессе решения какой-то научной или практической задачи или специально созданные в нем, запрограммированные с какой-то целью неизвестные доселе свойства. Вспомните-ка общеизвестные крылатые выражения: твердый, как кремень; не человек - кремень. Твердость решений, непоколебимость характера, упорство в достижении цели ассоциируются в нашем представлении со словами "как кремень".
Но прошло время, и жизнь показала, что отнюдь не одна твердость, как говорится, вывела кремний в число перспективных, новейших материалов. Именно кремний считается в наши дни стандартным материалом для изготовления элементов солнечных батарей. Ленточные монокристаллы кремния, используемые в таких батареях, открывают возможность осуществления заветной мечты человечества - прямого превращения солнечного света в электрическую энергию.
Или взять, например, сверхпроводники. Разве мало известно их уже в наши дни? Достоинствами сверхпроводимости обладают многие десятки материалов. Но все ли их качества выявлены? И нельзя ли отыскать материалы, способные становиться сверхпроводящими при более высоких температурах? Между тем, как экономике нашей страны, так и экономике других государств такие материалы очень бы пригодились. Ведь провода, сделанные из сверхпроводников, не оказывают никакого сопротивления идущему по ним электротоку. А это значит, что в отличие от традиционных проводников, таких, как медь и алюминий, здесь полностью исключается потеря электроэнергии.
Создать новый материал отнюдь не значит открыть новый, не вписанный еще в таблицу Менделеева элемент.
Вопрос чаще всего ставится по-иному: придать новые качества уже известному материалу, открывающие широчайшие возможности его применения в технике.
Так, общеизвестно, что сплав ниобия и германия имеет наивысшую изо всех до сих пор известных металлов температуру перехода в сверхпроводящее состояние - минус 250 градусов Цельсия. Но эти чрезвычайно нужные для современной техники свойства сплава долгое время не могли быть никак использованы: он оказывался слишком хрупким для обработки. А сверхпроводящий проводник, выполненный из сплава ниобия и олова, охлажденный гелием, уже несет циркулирующий ток в сверхпроводящих магнитах, а они используются в самых различных установках.
Применение новых материалов открывает такие возможности перед наукой, техникой, медициной, о которых еще каких-нибудь два десятилетия назад исследователи не отваживались и мечтать.
Инфракрасные детекторы, например, выполненные на основе полупроводниковых кристаллов, таких, как антимонид индия, теллурид ртути, теллурид кадмия, позволяют "видеть" окружающий мир даже в абсолютной темноте. Сенсорные устройства, выполненные из материалов, способных "рассматривать" разного рода объекты, воспринимая исходящее от них тепло, уже сегодня успешно диагностируют злокачественные опухоли, безошибочно выявляют утечки тепла из жилых зданий и производственных помещений.
А в перспективе - широчайшие возможности новых сенсорных материалов, чутко реагирующих даже на самые слабые давления. Это в первую очередь поливинилидин, флюорид и фосфат алюминия, который уже довольно широко известен под названием "борлинит". Уникальные возможности этих материалов заключаются в том", что они в ответ даже на очень незначительное давление начинают вырабатывать слабые токи.
Звуковолновые сенсоры нужны медицине, металловедам, металлургам. Безошибочно различая предметы и исследуемые объекты по исходящим от них звукам, эти необычные приборы "видят" сквозь толщу пород и жар расплавленного металла. С помощью сенсора, созданного на основе двуокиси циркония, металлурги стран, лидирующих в области научно-технического прогресса, легко и быстро определяют содержание кислорода в расплавленной стали.
Но будем объективными: при всей архиважности названных здесь материалов и заманчивости перспективного их использования сегодня только специалист в состоянии определить всю их значимость. Между тем существует целый ряд материалов, о которых даже человек, весьма далекий от проблем науки и техники, с уверенностью скажет, что за ними будущее.
Эти материалы - синтетические полимеры: пластмассы и резины. Они столь популярны в наши дни среди самых широких слоев населения, а скорость их внедрения в жизнь так велика, что тезису о перспективности полимеров вряд ли требуются какие-то особые доказательства. И все же позволю себе небольшой экскурс в историю "завоевания" полимерами, например, США. Их производство начиная с 1950 года росло темпами, превышающими темпы реста любых других материалов, и давно превысило по объему производство стали. Еще в 1977 году в США выпускалось 29 миллиардов фунтов (13 миллионов тонн) пластмасс, а производство искусственного каучука превысило 5 миллиардов фунтов (2,3 миллиона тонн). Такой, прямо скажем, завидный темп объясняется не только современной разработкой американской наукой новых материалов, но и умением объединять в единый технологический процесс перспективность материала, конструктивный расчет и способ его производства, добиваясь наилучших свойств и повышенных эксплуатационных характеристик готовых изделий.