Страница 34 из 52
Трудно поверить, что органический полимер может выстоять в пламени, от которого плавится железо. И тем не менее факт налицо. Химики научились получать полиацетилен. В нем чередуются одиночные и тройные связи: НС = C—(—С = С—)n—C = CH. В тройных связях свободных пи-электронов вдвое больше, чем в двойных. Эффект сопряжения, понятно, и здесь обусловливает электропроводность. Но в отличие от большинства своих собратьев полиацетилен выдерживает жару в 2000 градусов! Лишь при 2300 градусах он переходит в графит.
С каждым днем пополняется семья молекул с замечательными электрофизическими свойствами. Успехи квантовой химии непрерывно раздвигают границы поиска в органической химии. То ли еще будет впереди!
Однако здесь настала пора оговориться и трезво посмотреть в лицо действительности глазами инженера-конструктора.
Вот молекула-полупроводник. Многообещающий. Гибкий. Термостойкий. Но… увы, слишком коротенький. Самая длинная молекула невидима и в наимощнейший электронный микроскоп. Оперировать такими объектами, даже в наш век микроминиатюризации, и самому искусному Левше покамест не под силу. Неужели же столь соблазнительная идея окажется техническим пустоцветом?
— Нет! — уверенно говорят ученые.
Будут электростанции в рулонах, мягкие счетные машины, рубашки-батарейки. На смену эпохе микроминиатюризации придет эпоха макроминиатюризации. Полупроводниковые слои будут становиться все тоньше. Но вместо крохотных, с почтовую марку или папиросную коробку, электронных приборов появятся гектары полимерных пленок, которые не позволят Солнцу впустую транжирить золотые потоки лучей.
На чем основана столь категорическая уверенность? Здесь бы в самую пору поговорить о всемогуществе человеческого разума. О неизбежности победы света знания над мраком незнания. О том, что наука «вся — езда в незнаемое». Что сегодня нельзя предвосхитить завтрашние революции в науке и так далее. Выпустить на читателя полную обойму всего, на что так падка чернильная душа журналиста.
Но нынешнего читателя на мякине не проведешь. Ему подавай конкретные факты. Конкретные пути развития, претворения, внедрения. А если их нет? Вернее, пока нет? Тут-то и можно удариться в фантастику. Бодро строить прожекты, один другого проницательнее. Словом, почти как у Герберта Уэллса.
Сказать правду, такой спасательный круг здесь тоже мало поможет. Уж лучше выложить начистоту то, что прячется за сухими строчками научных отчетов. При всей скромности выводов они вызывают уважение своей строгостью и аргументированностью.
Вот что сказано в монографии «Органические полупроводники», выпущенной издательством Академии наук в 1964 году: «Когда мы имеем дело с ансамблем молекул, то механизм проводимости складывается из двух процессов — движения носителей тока по молекуле и процесса перехода их от молекулы к молекуле… Благодаря особенностям линейных высокомолекулярных соединений в них сравнительно простыми методами можно варьировать надмолекулярную структуру и тем самым оказывать влияние на межмолекулярные расстояния, на условия контакта между молекулами, а следовательно, и „управлять“ электропроводностью. Картина, безусловно, усложнится при переходе к реальным материалам, молекулы которых полидисперсны, где всегда имеются примеси, могущие быть донорами или акцепторами».
«Полидисперсны» — значит разнокалиберны, имеют разные размеры. Такая неоднородность может помешать архитекторам микромира создавать полупроводниковые молекулярные ансамбли.
И еще: «Для решения вопросов, определяющих переход носителей тока от молекулы к молекуле, необходимы прежде всего глубокие структурные исследования».
Межмолекулярные расстояния… Надмолекулярная структура… Постойте-ка, ведь мы уже немного знакомы с содержанием этих терминов. Помните водородную связь и донорно-акцепторное взаимодействие? В металлическом кристалле, в органическом полупроводнике, в клетке ли — всюду огромна роль среды, окружающей молекулу.
Именно здесь пролегают тропы во многие заповедные уголки науки. Тропы неторные, нехоженые и потому так призывно манящие к себе неугомонную нашу молодежь.
Неужели так-таки и нет никаких пунктиров на картах первопроходчиков в область органических полупроводников? Неужели научная интуиция капитулировала перед неизведанным? Неужели осталось уповать на голую эмпирику — пробовать так, потом этак, авось что-нибудь выйдет? Не может быть, чтобы уверенность ученого не стояла на твердой почве рабочих гипотез!
Лет семь тому назад Издательство иностранной литературы перевело великолепную книжку лауреата Нобелевской премии сэра Джорджа Томсона «Предвидимое будущее». С чисто английским юмором автор писал в предисловии: «В некоторых разделах книги я вышел за рамки теорий, в которых я могу претендовать на какие-либо профессиональные знания. Прошу тех, в чьи заповедные угодья я вторгся, простить мне мою опрометчивость. И если отдельные трофеи, о которых я пишу, существуют только в моем воображении, то по крайней мере такое браконьерство не причиняет никакого ущерба законным владельцам, тогда как случайный пришелец может порой увидеть то, что является одновременно и неожиданным и реальным».
Один из «трофеев» Томсона, сэра Джорджа, имеет прямое отношение к нашему рассказу.
В разделе «Упрочнение материалов» автор затронул интересный вопрос. Удастся ли придать полимерным волокнам еще большую крепость? И если да, то каким способом?
В одном из романов Герберта Уэллса фигурирует сверхтонкая веревочная лестница. Ее разглядеть-то как следует нельзя было, а между тем канаты-паутинки выдерживали вес целой грозди людей. Из чего были сделаны нити? Писатель не дал ответа на наш вопрос. Взглядом художника видел он грядущее. Томсон всматривается в будущее глазами ученого.
И натуральные и искусственные волокна, говорит он, состоят из длинных молекул. Цепочки атомов располагаются обычно вдоль нити. Что же происходит, когда волокно лопается? Быть может, рвутся валентные связи? Мы уже видели, что нетрудно рассчитать силу, необходимую для расторжения уз межатомного сцепления. Оказывается, если бы разрыв нити означал одновременный поперечный разрыв всех полимерных молекул, то такое волокно должно бы быть в двадцать раз крепче любого из самых прочных теперешних!
«Организовать» подобный единодушный разрыв мешает, вообще говоря, та же причина, что и созданию «макроминиатюрных» органических полупроводников — крохотные размеры молекул. Если бы нить имела нормальную толщину, а длиной была с полимерную молекулу — тогда другое дело. Можно единым махом разорвать все валентные связи. Но как в таком случае уцепиться за ее концы?
Реальная нить — длинный клубок тесно перепутавшихся многоатомных цепочек. Далеко не все молекулы полимера расположены голова к голове, хвост к хвосту. Иногда они цепляются своими извивами друг за друга, причем беспорядочно, как попало. Иногда просто касаются друг друга. Что же придает волокну прочность?
Томсон высказывает два предположения.
Возможно, когда на волокно действует нагрузка, молекулярные цепочки подвергаются неодинаковому напряжению. Где тонко, там и рвется: как только большая часть растягивающего усилия сосредоточивается на какой-нибудь одной тонюсенькой молекуле, валентная связь лопается и нагрузка перемещается на следующую молекулу. Та, понятно, не выдерживает. И так далее. Атомные постройки трещат по всем валентным «швам».
Однако, сам себе возражает Томсон, при такой схеме следовало бы ожидать значительного удлинения волокна. Не меньше чем на десятую долю. А этого в действительности не наблюдается.
Остается другое объяснение: волокна не выдерживают нагрузки из-за сдвига одних молекул по отношению к другим. Большинство их при разрыве волокна остаются целыми. Расчеты, исходящие из таких предпосылок, подтверждаются измерениями.
Вывод: своей прочностью волокно обязано не внутримолекулярным, а куда более слабым межмолекулярным силам. Но это все предисловие. Самое интересное ожидает читателя впереди.