До сих пор мы рассматривали макропустоту. Но пустота может быть ресурсом и на микроуровне. Например, для кристаллической решетки это пространство между узлами, в которых находятся атомы вещества. В этот промежуток могут быть внедрены атомы другого вещества. На этом основаны многие виды технологий, такие как легирование металлов и сплавов другими металлами или упрочнение отдельных, например, поверхностных слоев деталей и конструкций (борирование, нитрирование, науглероживание сталей и т. д.). Таким способом можно в широких пределах менять свойства материалов.
Комбинируясь с другими веществами, пустота может образовывать комплексные вещества, приобретающие при этом новые свойства и возможности применения. Остановимся поэтому на некоторых из них.
С пеной связано множество легенд. В мифах древних греков рассказывается, как из морской пены родилась богиня любви и красоты Афродита. Вряд ли такой способ рождения богини был случаен. Древние греки предвосхитили много современных научных гипотез, научных истин. Так, в наше время бытует точка зрения, что пена сыграла определенную роль в возникновении жизни на Земле (Джон Бернал, академик А. И. Опарин).
В соответствии с ней, на поверхности мирового океана, под действием солнечных лучей в пене возникли и накопились органические соединения, давшие начало простейшим формам живого вещества, живой материи.
И в современной жизни практически нет такой сферы человеческой деятельности, в которой не нашлось бы применение пены: от космической техники до очистки отходов производства и сточных вод; а есть целые отрасли промышленности, в основе которых имеют место различного рода процессы, связанные с пенообразованием. Этим и объясняется исключительный интерес к теории и практике создания и использования пены.
Рассмотрим примеры ее применения.
В декабре 1968 г. в гавани города Эль-Кувейта затопило судно с большим числом овец на борту. Для подъема судна, с учетом сложившихся условий, необходимо было полгода. За это время трупы овец вызвали бы заражение воды в гавани и в городе, могла возникнуть эпидемия.
Выход из положения предложил датчанин К. Кройер. По его совету изготовили срочно и закачали внутрь судна 200 т полистирольных крупинок, состоящих на 98 % из воздуха. Пена вытеснила воду, закупорила мелкие отверстия, судно благополучно всплыло на поверхность. Что интересно в этом решении?
Идеально, чтобы судно само всплыло. Для этого есть практически только один ресурс — его внутренний объем. Но он заполнен водой. Нужно вещество, которое создало бы подъемную силу, причем вещество легкое. Конечно, лучшими могут быть вакуум или воздух. Создание вакуума в земных условиях всегда требует затрат энергии, а воздух — это неограниченный ресурс. Тем не менее, воздух сам по себе невозможно применить: закачиваемый, он тут же будет уходить через отверстия. Таким образом, должен быть воздух, т. к. он по всему нам подходит лучшим образом, и должен быть не воздух, т. к. он не удерживается внутри корпуса судна. Нужен видоизмененный воздух, нужна пена.
С давних времен человеком замечено, что для теплоизоляции хороша пустота в виде прослойки воздуха. В наших квартирах, кстати, этот принцип реализован в виде двойного и даже тройного остекления окон. Но всегда ли воздушная прослойка является наилучшим решением? Если немного поразмыслить о природе теплопередачи, то окажется, что этот принцип можно улучшить. Дело же здесь в том, что часть тепла переносится за счет конвекции, то есть всплывания теплого воздуха как более легкого, отсюда вывод: надо это всплывание прервать. Вот пена как раз это и делает, оказываясь лучшим исполнителем роли теплоизолятора.
Похожая ситуация и в случае со звукоизоляцией. Каждая стеночка вещества, образующего оболочку пены, многократно отражает звуковую волну, поглощает и превращает в тепло ее энергию, не позволяя вырваться наружу звуку. До сих пор мы рассматривали комбинированное вещество в виде пены. Чем оно было характерно? А тем, что пустота в ней образует замкнутые полости. Рассмотрим твердые пены и зададимся вопросом: а что будет, если вместо замкнутых полостей возникнут сквозные каналы; не будет ли такое вещество обладать какими-либо интересными свойствами? И действительно, такое вещество не только возможно, но и окружает нас повсюду. Это так называемые капиллярно-пористые материалы (КПМ). Простейшими примерами такого вещества является промокательная бумага, резиновая губка.