Материалы нашего мира

«Освободясь от пробки влажной, бутылка хлопнула; вино шипит...» — ярко и точно писал А.С. Пушкин о шампанском — когда-то символе роскошной, беззаботной жизни, а теперь традиционном атрибуте веселого новогоднего застолья, торжественной свадебной церемонии, тихого семейного праздника или романтической встречи. Хорошо сбалансированное, мягко-пикантное, шелковистое, утонченное, легко пьющееся, с устойчивым потоком мелких пузырьков, долгим элегантным минерально-ванильным послевкусием, с отчетливым тоном лимона, живым ароматом миндаля, зрелых яблок и груш — так описывают вкусовые качества шампанского дегустаторы-профессионалы.

Кевларом сейчас часто называют все синтетические волокна из ароматических полиамидов, хотя вообще-то это название самого первого из них, разработанного Стефани Кволек в концерне «Дюпон». Тогда решали задачу получить более легкую замену стального корда в автомобильных шинах. Подходящее вещество (легче стали в пять раз и во столько же раз прочнее на разрыв) подобрали, и в 1975 году арамидное волокно Стефани Кволек поступило на рынок под торговой маркой Kevlar. Чуть позже в Советском Союзе на основе другого полимера было синтезировано волокно, превосходящее кевлар по прочности. Сейчас «кевларов» много. Их используют там, где необходимы высочайшая прочность и надежность: для изготовления композитных материалов, термопластических труб, деталей несущих конструкций авиационных и ракетных двигателей, оплетки медных и волоконно-оптических кабелей, сверхпрочных канатов и тросов, приводных ремней и тканей. Костюмы горнолыжников, альпинистов, мотоциклистов, а также снаряжение пожарных шьют с защитными кевларовыми вставками. Бронежилеты тоже сделаны в основном из кевлара.

Речь пойдет о живописной эмали, рожденной в огне. В 1698 году Петр I привез из Англии несколько эмалевых портретных миниатюр, так поразивших его удивительной яркостью и чистотой красок, что он немедленно повелел мастерам Оружейной палаты освоить новый вид искусства — «огненную живопись».

Эмаль — это прочное легкоплавкое стекло, которое в порошкообразном состоянии наносится на металлическую основу и сплавляется с нею при температуре около 900 градусов. По прочности, твердости и долговечности эмаль не знает себе равных — украшения с эмалью, многие сотни лет пролежавшие в земле и найденные при археологических раскопках, сохраняют блеск, цвет и яркость, которые придали им древние мастера.

Вискоза — самый подходящий материал для летней одежды и известна она с середины XIX века. Делают ее из древесной целлюлозы. Вискоза в составе ткани придает одежде гигроскопичность, воздухопроницаемость. Уникальность ее в том, что в зависимости от толщины, блеска, степени и характера скрутки нитей она может великолепно имитировать хлопок, шерсть, лен, шелк, бархат, атлас, жаккард. Из вискозы делают искусственную кожу — кирзу, технические ремни и ленты, кордовую нить.

Сколько существуют асфальтированные дороги, столько времени человек пытается продлить жизнь асфальтобетону. Для этого в него вводят различные полимерные добавки — модификаторы. В начале XXI века в России появился щебеночно-мастичный асфальтобетон, в котором используется отечественный модификатор из измельченных отслуживших свой срок автопокрышек. Такая «резиновая дорога» служит гораздо дольше.

Асфальт знали еще в Древнем Риме, но использовали только для обмазывания стенок и дна бассейнов, а дороги мостили бетоном. «Белые дороги» майя мостили известняковыми плитами, покрытыми укатанным щебнем. На Руси мощеные дороги были когда-то деревянными (только в XVIII веке улицы Москвы стали «одевать» в камень, а дорогу из Петербурга в Москву вымостили гравием. Сейчас автомобильные трассы покрывают асфальтобетоном — сложным материалом, который неправильно называют просто асфальтом. А впервые такое покрытие применили в Париже в 1830-е годы (а в 1839 заасфальтировали целые 100 метров тротуара и в Петербурге).

Выращивать кристаллы люди научились сравнительно недавно. Первыми были получены искусственные самоцветы — рубины и сапфиры. Однако не они, а ничем внешне непримечательные технические кристаллы стали самыми востребованными и дорогими. Без преувеличения можно сказать, что самый ценный кристалл современности и ближайшего будущего — скромный с виду кремний. Монокристаллическая кремниевая пластина — основа всех микросхем. Вырастить его можно разными способами, но более 80% электронного кремния получают методом Чохральского — польского химика начала XX века.

«От Парижа до Находки растянули мы колготки» — частушка, перефразированная из рекламного слогана. Речь идет о лайкре (она же — эластан или спандекс) — том самом веществе, несколько процентов которого не дают ткани терять форму и придают эластичность.

В средневековье алмаз ценился ниже изумруда и рубина: ведь необработанный алмаз не очень красив. Настоящий бриллиант получается только при правильной огранке. Поэтому ценность бриллианта определяется не только размером, чистотой и совершенством камня, но и искусством ювелира-огранщика. Алмазы нужны не только в ювелирном деле, но и в технике. К счастью, в 1939 году О.И. Лейпунский разработал метод получения алмаза из графита, которым пользуются до сих пор. Искусственные алмазы годятся для технических целей, но не представляют никакой ценности для ювелира. Можно искусственно изготовить и настоящий ювелирный кристалл, но стоить он будет не меньше природного. Так что если нужно заменить бриллиант чем-то более дешевым в ювелирных украшениях, используют бесцветный циркон, фианит и стразы.

Современные бумажные деньги можно смело назвать шедевром полиграфического искусства. Впечатляют их техническое и художественное совершенство, многоступенчатая защита, сложность изготовления. А начинается все с бумаги. К бумаге, на которой печатают купюры, предъявляют жесткие требования. Водяной знак — непременный атрибут денежных банкнот, ценных бумаг, государственных документов. Сначала водяные знаки служили для идентификации бумаги и ради престижа. Теперь это главная защита от подделок. Что же делать, когда возникает подозрение, что у вас в руках фальшивая купюра?

Оказывается, изобретение бумаги было госзаказом. Император Хо Ди поручил придворному оружейнику и просто мастеру на все руки Цай Луню разработать компактный и дешевый материал для письма: научных трудов, хроник и художественной литературы к I веку н. э. накопилось слишком много, а бамбуковые дощечки с записями уже некуда было девать. Прототип уже существовал — упаковочный материал для шелка, который был побочным продуктом его же производства, но он и стоил как шелк. После многих экспериментов Цай Лунь заказ выполнил, за что в 105 г. удостоился награды. Интересно, что бумага - первое изделие (или одно из первых), для производства которого с самого момента изобретения использовали вторсырье — старые тряпки, обрывки веревок и т. д.

Первые елочные игрушки из стекла выпустил в 1847 году завод Ханца Грайнера в Тюрингии. Стеклянные шары были тяжелыми, с толстыми стенками, а блеск им придавало свинцово-ртутное покрытие. Новинку мгновенно раскупили за бешеные деньги. Уже к 1870 году стали делать легкие, тонкостенные шарики, окрашенные смесью нитрата серебра и сахарной воды. У нас стеклянные елочные украшения впервые начали изготавливать недалеко от Клина — в местах, где стеклодувное ремесло развилось еще при князе Меншикове (на стеклодувном заводе, расположенном в его бывшем имении). А недавно был открыт музей елочной игрушки «Клинское подворье». Отечественные елочные игрушки делают в основном вручную (кроме металлизации), так что каждая из них уникальна.

Нас окружает множество видов стекла. Есть жаростойкое, посуду из которого ставят на огонь. Есть такое прочное, что, вставленное в иллюминатор батискафа, выдерживает давление воды на глубине 11 км. Всего не перечислишь. Но все это разнообразие появилось только в последние 150–200 лет. А вот цветное стекло делают уже давно. В Древнем Риме умели делать из стекла хорошие имитации драгоценных камней и там же изобрели и стеклодувную трубку. На Руси стекло начали делать примерно 900 лет назад. Но как ни странно, самым трудным оказалось сделать прозрачное и ровное оконное стекло - его получили только к середине XIX века.

Часто говорят «сталь и сплавы», как бы забывая, что сталь сама — сплав. Как и чугун, из которого ее получают. Сейчас продолжаются попытки наладить производство стали прямо из руды, минуя стадию чугуна (что, собственно, исторически и было первым способом ее получения). Только теперь требования выше: нужно получить разнообразные стальные сплавы с точно заданным составом, в том числе легированные стали.

Чугун возник как отход производства железа — это слишком насыщенные углеродом «чушки» (возможно, отсюда и слово «чугун»), которые не поддавались ковке из-за хрупкости. Его плавили вторично, выжигая лишний углерод. Собственно, и сейчас один из основных способов производства стали — передел чугуна. Но и сам чугун начали использовать. Ковать его нельзя, но для литья он вполне подходит. Знаменитое каслинское литье — это уже даже не ремесло, а прикладное искусство, по достоинству оцененное еще на Всемирной выставке в 1900 г. А в технике чугун часто используют из-за его способности гасить вибрации.

Памятники и монументы на протяжении всей истории существования человечества украшали и славили города и страны. Но под действием выхлопов автомобилей, газовых выбросов предприятий, и много другого, монументы загрязняются и портятся. Безусловно, очищать памятники надо, но как это сделать?

Бронза — сплав меди с оловом — сопровождает человечество на протяжении всей его истории. Сначала из нее делали холодное оружие, потом отливали пушки и колокола, потом — статуи. Во многих случаях она и сейчас незаменима, поскольку устойчива к коррозии и истиранию, и отливать изделия из нее гораздо легче, чем из стали.

«Капля чернил способна пробудить мысль миллионов людей», — сказал кто-то из великих. В Древнем Египте попробовали писать на папирусе заточенным стеблем тростника, макая его в сажу, перемешанную с маслом или смолой. Это и были первые чернила...

Кто бы мог подумать, что в такую консервативную отрасль хозяйства, как производство тканей, одежды, обуви, в начале XXI века начнут активно внедрять передовые наукоемкие технологии! Современный текстиль не всегда похож на ткань в привычном понимании.

Когда Клеопатра решила в очередной раз поразить мир, она велела выкрасить паруса своего корабля пурпуром. Поразить удалось. Ведь для получения одного грамма пурпура нужно было выловить и перебрать 10 тысяч улиток-иглянок. Писали, что «каждый парус стоил золотого слитка». Недаром пурпур носили одни только короли. А вот в наше время есть и люминесцентные краски, и краски, защищающие от гниения, грибков, огня...

«Голубой, как небо после дождя, блестящий, как зеркало, тонкий, как бумага, звонкий, как гонг, гладкий и сияющий, как озеро в солнечный день» — это о китайском фарфоре. Секрет его изготовления был в Китае государственной тайной. Но нет худа без добра: пытаясь воспроизвести китайскую технологию, получили новые сорта фарфора — мейсенский и русский.

Красный кирпич, черепица, терракота, майолика, фаянс, фарфор — все это керамические материалы (в порядке убывания зернистости). Сравнительно недавно возникли также сегнетокерамика, пирокерамика и пьезокерамика, области применения которых выходят далеко за традиционные рамки.

Посуду из глины делали в древнейших цивилизациях и продолжают делать сейчас. Люди верили, что посуда, согретая теплом человеческих рук, несет в себе таинственное божественное начало, и поэтому в глиняный крынке молоко долго не прокисает, а квас остается прохладным в жару.

В России фейерверки сопровождают новогодние праздники со времен Петра I. С тех пор пиротехнический состав, конечно, менялся и усложнялся, но главных компонентов всегда было три: окислители (соли кислородсодержащих кислот), горючие вещества и склеивающие компоненты. Со временем добавились активаторы, ингибиторы, стабилизаторы. А еще надо позаботиться о цветовых и звуковых эффектах — и все исключительно химическими средствами.

Постоянно создаются новые сверхпрочные материалы. А как их обрабатывть? Резец ведь должен быть еще прочнее. До недавнего времени для изготовления режущих элементов применяли углеродистые легированные стали и абразивные материалы —электрокорунд, карбиды кремния и бора, алмазы. В середине ХХ века появились новые сплавы, получаемые методом порошковой металлургии. Их называют металлокерамическими или просто металлокерамикой. Не путать с «металлокерамикой», которую используют при протезировании зубов — это металлический протез с керамическим покрытием. Но вещь тоже прочная: такие протезы — самые долговечные.

Обыкновенный пенопласт... Так ли он обыкновенен, этот замечательный материал, детище ХХ века, без которого сегодня трудно обойтись и в быту, и в технике, и на производстве?

Среди богатств, которые привез из Нового Света в Испанию Колумб, были невзрачные шарики, способные высоко отскакивать от земли — «слезы» дерева гевеи. Тогда никто и представить не мог, какую роль синтетический каучук сыграет в жизни человечества...

Жидкие кристаллы — удивительные вещества, которые одновременно ведут себя и как жидкость, и как кристалл. Чаще всего они используются в многочисленных устройствах для отображения информации.

Мыло не всегда было душистым. Долгие века его варили из отходов переработки животных жиров. В 1843 году в Германии впервые было изготовлено мыло из белого сала с новым ингредиентом — кокосовым маслом. Новый продукт был принят не сразу. Мыло не имело отвратительного запаха прогорклого жира, а значит, думали люди, плохо стирало. Сейчас для мыла обязательна сертификация косметической продукции по закону.

Силиконы — соединения, которые сегодня используют буквально везде. Большинство людей и не подозревают, что ежедневно едят силикон, принимают его в составе лекарств и используют как компонент косметических средств. Да и в протезировании силиконы годятся не только для увеличения груди. Из них делают искусственные суставы и связки, покрывают ими протезы сердечных клапанов.

Всем известный тефлон впервые получили случайно — баллон с холодным тетрафторэтиленом забыли на складе. Его поначалу засекретили, поскольку использовали исключительно в военной промышленности.

О разнообразии областей применения лавсана, а заодно об утилизации бытового мусора.

Полиметилметакрилат, прозрачная пластмасса, которую в России чаще называют органическим стеклом, действительно похож на стекло, но гораздо более прочно и термостойко. К сожалению, оно не очень твердо и устойчиво к истиранию, но, возможно, и этот недостаток удастся преодолеть в ближайшем будущем.

Трудно сейчас представить себе, как наши предки обходились без него. Как, например, донести до дома рыбу без пакета? Полиэтилен имеет много преимуществ, но все они заканчиваются вместе с его разовым использованием.