1. Охарактеризуйте, пожалуйста, состояние области науки, в которой вы работаете, каким оно было примерно 20 лет назад? Какие тогда проводились исследования, какие научные результаты явились самыми значительными? Какие из них не потеряли актуальности на сегодняшний день (что осталось в фундаменте здания современной науки)?
2. Охарактеризуйте сегодняшнее состояние той области науки и техники, в которой вы трудитесь. Какие работы последних лет вы считаете самыми главными, имеющими принципиальное значение?
3. На какие рубежи выйдет ваша область науки через 20 лет? Какие кардинальные проблемы, по-вашему, могут быть решены, какие задачи будут волновать исследователей в конце первой четверти XXI века?
На вопросы анкеты "Вчера, сегодня, завтра" (см. "Наука и жизнь" 9, 12, 2004 г.) отвечают известные ученые - авторы "Науки и жизни".
Материалы, используемые человеком для создания орудий труда и материальных благ, всегда играли важную роль в развитии цивилизации. Это отразилось в названиях целых эпох - каменный век, бронзовый, железный… Современную эпоху можно с некоторой долей пристрастности назвать веком полимеров. Я остановлюсь на достижениях и перспективах в области конструкционных полимерных материалов, то есть тех, которые способны нести механические нагрузки.
За последние 20-30 лет активно развивались композиционные материалы на основе полимерных волокон. Они обладают уникальными свойствами: с одной стороны, выдерживают значительные статические нагрузки, а с другой - имеют высокую вязкость разрушения, то есть при ударе изделия из них не разлетаются вдребезги. Современная авиация, ракетно-космическая техника, судостроение немыслимы без полимерных композитов (армированных пластиков). Например, знаменитая ракета "Тополь-М" сделана из композитов. Даже твердое топливо для ракет - тоже полимерный композиционный материал.
Использование стеклопластиков началось еще во время Второй мировой войны, когда из них стали делать планеры, а затем и корпуса для минных тральщиков, но массовое внедрение композитов не только в военную, но и в гражданскую технику произошло в последнюю четверть минувшего века. Отчасти это связано с тем, что новые материалы требуют и нового конструкторского мышления, поскольку композит формируется сразу в процессе изготовления детали.
Надо сказать, что в природе все конструкционные материалы, и жесткие и мягкие, построены по композиционному принципу. В качестве примера можно привести древесину, в которой волокна натурального полимера - целлюлозы склеены лигнином.
Одно из главных направлений дальнейшего развития - создание градиентных материалов, свойства которых изменяются от точки к точке. И здесь опять подсказку нам дает природа. Возьмем, например, иглу дикобраза или шип розы. Они "сделаны" из природных органических полимеров, то есть, по сути, из мягких материалов, но при этом благодаря неоднородной структуре не сминаются и обладают удивительной прочностью. Другой пример - кости млекопитающих или птиц. Это тоже градиентный материал, жесткий снаружи и пористый внутри. Человек уже умеет создавать подобные конструкции, но природа это делает гораздо лучше, и нам есть чему у нее поучиться.
Пока остается мечтой человечества пластичная керамика. Обычная керамика, то есть обожженная глина, - хрупкая вещь, и это ограничивает области ее применения. Сейчас многие научные коллективы, в том числе и в Институте химической физики РАН, ведут работы по созданию пластичных неорганических материалов, которые легко поддавались бы переработке и не были хрупкими. Думаю, что лет через двадцать неорганические полимеры и неорганическо-органические композиты смогут заменить многие строительные, конструкционные и другие материалы.
Что еще нас ждет в первой четверти XXI века? Несомненно, получат дальнейшее развитие так называемые смарт-материалы, или, если перевести этот термин с английского, "умные" материалы, которые способны изменять свои свойства в зависимости от внешних условий. В авиастроении такие материалы уже есть, но пока их мало и они не очень распространены.
На сегодняшний день почти все органические полимеры производят из нефти или, в небольших количествах, из газа. Запасы и того и другого не безграничны. Поэтому одна из основных задач, которую предстоит решить ученым в последующие 20-30 лет, - переход на получение полимерных материалов из возобновляемого сырья. Таким сырьем могут служить целлюлоза и хитин, но их переработка - экологически грязное производство. Можно надеяться, что в недалеком будущем появятся чистые технологии переработки; научный задел в этой области уже есть.
По сравнению с тем, что было четверть века назад, неимоверно остро встала проблема утилизации полимерных материалов. Производство полимеров по объему сейчас уже превосходит производство металла, да и по весу почти сравнялось. Что делать с использованной упаковочной пленкой, полимерной тарой, наводнившими все вокруг полиэтиленовыми бутылками? Ведь синтетические полимеры не разлагаются сами собой, как природные материалы, микробы их не едят. Наука тут пошла по двум направлениям. Первое - создать материалы, которые будут распадаться под действием света и тепла до состояния, удобоваримого для микробов. Такие полимеры есть, но они слишком дороги и непригодны для массового внедрения. Второе направление - переработка изношенных полимерных изделий, например шин. Причем желательно перерабатывать полимерный мусор, не разрушая полностью химически, например, перемалывать в порошок и делать из этого порошка новые материалы.
3 декабря 2004 года.
