Военные нанотехнологии -
ISBN 5-94836-096-2
Скачать (прямая ссылка):
4.1.4. Материалы
Одним из важнейших результатов развития HT обещает стать появление большого количества самых разнообразных материалов с новыми свойствами. Для удобства рассмотрения их можно упрощенно подразделить на конструкционные (преимущественно металлы, сплавы и композиты), функциональные и так называемые активные материалы.
Композиционные материалы уже давно использовались в оборонной промышленности (можно вспомнить, например, что для повышения прочности и уменьшения веса авиационной техники широко ff" 160 Глава 4. Потенциальные возможности военных применений HT
применяются пластики, армированные стекловолокном и углеродными волокнами). Развитие нанотехнолошй привело в последние годы к возникновению совершенно нового класса таких материалов с повышенными характеристиками» а именно - нанокомпозитов или композитов с нанопримесями, Например, оказалось, что введение в термопластичные материалы добавок в виде слоистых силикатов сразу значительно повышает огнестойкость исходных веществ, делая их весьма ценным материалом для изготовления изоляционных покрытий силовых кабелей электропитания и другой важной аппаратуры» В некоторых композиционных материалах введение нановолокон позволяет почти вдвое повысить коэффициенты упругости и твердости, увеличить на 50 % прочность на растяжение и вязкость на растяжение, а также в 10 раз (на порядок!) снизить их проницаемостьддя различных жидких веществ. Чередуя в гибридных материалах тонкие слои жестких и пластичных полимеров, можно создать очень легкие и прозрачные щиты для индивидуальной защиты. Введение нанотрубок в качестве наполнителя придает некоторым композиционным материалам электропроводность и другие важные свойства. Кроме того, введение наночастиц в полимерную матрицу иногда повышает механические характеристики даже так называемых длинноволокнистых композитов, хота механизм этого явления и степень влияния остаются неясными. Электропроводящие пластики могут найти самое широкое применение в аэрокосмической технике, например в качестве сигнальных проводов, устройств зашиты от разрядов статического электричества, для создания разнообразных приводов и гибких электрических схем. Так называемые многофункциональные полимерные материалы могут быть использованы при изготовлении ракетных двигателей, динамичных и «разворачивающихся» в пространстве конструкций, а также при производстве многих стандартных предметов армейского оборудования (например, резервуаров, шин и т.п.).
Композиты с добавками углеродных нанотрубок обладают исключительно высокой прочностью на растяжение, что позволяет создавать на их основе качественно новые, высокопрочные и очень легкие конструкционные материалы (см. раздел 2.1.5). Возможно, такие материалы будут использованы при создании упоминавшегося там космического «лифта/башни», позволяющего доставлять грузы на геостационарную орбиту и обеспечивать дешевую доставку в космос грузов военного назначения для обеспечения боевых операций.
Известно, что одним из важнейших факторов, определяющих прочность вещества, является размер составляющих его кристалл и- 4.1. Военные приложения HT | 154
тов, поэтому неудивительно, что наноструктурные металлы и сплавы обладают очень высокими механическими характеристиками (Koch, 1999; ВLisbee, 2002: 38, 391- Структура обычных литых металлических материалов обычно состоит из зерен с размерами не ниже нескольких микрон, и лишь специальные методы порошковой металлургии позволяют получать наноструктурные беспористые материалы. Их упругие свойства остаются практически неизменными, но прочность и твердость увеличиваются весьма существенно (например, твердость обычно возрастает в 2-7 раз, прочность нанофазного алюминиевого сплава увеличивается на 60 % и т.п.). Для полноты картины стоит также отметить, что в некоторых случаях материалы с меньшим размером кристаллических зерен оказываются более хрупкими и жесткими. Повышение прочности и ударной вязкости может быть использовано для формирования наноструктурных покрытий, обладающих малым коэффициентом трения и высокой износостойкостью при экстремальных температурных условиях [Busbee1 2002; 40-42).
Кроме этого, внимание материаловедов все чаще привлекают так называемые аморфные материалы (сплавы), которые имеют нерегулярную структуру на наноуровне. Стоит упомянуть, что методы получения таких материалов обычно не связаны с нанотехнологией. Интерес к ним обусловлен тем, что они примерно вдвое превосходят традиционные, поликристаллические металлы по способности к упругой деформации JChristodolou, 2000; DARPA SAM, 2003; DARPA Fact, 2003; некоторые данные о возможности использования таких материалов в боеголовках можно найти в разделе 4.1.12|. Прочность и сопротивление растяжению этих материалов примерно в два раза выше (а ударная вязкость даже в три раза!) соответствующих показателей стали. Более того, их вязкость на разрушение возрастает с увеличением скорости деформации, что может быть использовано для получения материалов с повышенным сопротивлением воздействию взрывного заряда или баллистического удара. В некоторых случаях у таких материалов наблюдается также повышенная износостойкость и сопротивление коррозии. В этой связи уже сейчас активно изучаются аморфные железосодержащие сплавы, которые могут найти широкое применение в военно-морском флоте. Исследовательская лаборатория военно-воздушных сил С LLlA AFRL уже изучает возможности использования алюминиевых и титановых аморфных сплавов для авиационной и космической техники.
