|
которое позволяет развивать скорость до одного метр в час. В дальнейшем
микрозонд оснастят фрезой для снятия холестериновых бляшек со стенок сосудов.
Он сможет переносить капсулы с лекарством в нужное место. Предлагается и еще
один вариант – размещать на таких микроаппаратах генераторы ультразвука.
Просвечивая органы пациента изнутри, врачи получат информацию, остающуюся
недоступной при обычной диагностике.
Нашли применение и еще несколько скромных, но полезных микроприборов –
например, встроенный непосредственно в подшипник измеритель скорости вращения
или внутренние датчики артериального давления, сердечного ритма, содержания
сахара в крови и других параметров организма, передающие информацию наружу
радиосигналом.
Фуллерены
Самое твердое вещество в природе – алмаз. Это углеродное соединение имеет
кристаллическую решетку в форме тетраэдра – пирамиды с четырьмя равновеликими
треугольными гранями. Его вершины образованы четырьмя атомами углерода.
Треугольник – очень жесткая фигура его можно сломать, но деформировать или
смять нельзя. Именно поэтому прочность алмаза столь высока. В природе известны
кристаллы с решеткой, состоящей не из атомов, а из молекул. Если молекулы
достаточно велики и связи между ними сильны, то кристаллическая решетка
оказывается чрезвычайно прочной. Этим условиям в полной мере отвечают
фуллерены: имея диаметр больше 0,5 нм, они соединяются в кристалл с ячейками
размером менее 1,5 нм.
Как это часто бывает, открытие фуллеренов не стало результатом
целенаправленного поиска. Основное направление работ в лаборатории Р. Смолли в
Университете Райса (Техас), где в 1980е годы было сделано открытие, связанное
с исследованиями структуры металлических кластеров. Методика подобных
исследований основана на измерении массспектров частиц, которые образуются в
результате интенсивного воздействия лазерного излучения на поверхность
исследуемого материала.
«В августе 1985 года в лабораторию Смолли приехал известный астрофизик Г.
Крото, – пишет Александр Валентинович Елецкий в «Соросовском образовательном
журнале», – который работал над проблемой отождествления спектров инфракрасного
излучения, испускаемого некоторыми межзвездными скоплениями. Одно из возможных
решений этой проблемы, достаточно давно стоявшей в астрофизике, могло быть
связано с кластерами углерода, который, как известно, составляет основу
межзвездных скоплений. Целью визита Крото в Техас была попытка,
воспользовавшись аппаратурой лаборатории Смолли, по массспектру кластеров
углерода получить заключение об их возможной структуре. Результаты
экспериментов привели в шоковое состояние его участников. В то время как для
большинства исследованных ранее кластеров типичные значения магических чисел
составляют в зависимости от взаимного расположения атомов значения 13, 19, 55 и
т п., в массспектре кластеров углерода наблюдались явно выраженные пики с
числом атомов 60 и 70. Единственным непротиворечивым объяснением такой
особенности кластеров углерода явилась гипотеза, согласно которой атомы
углерода образуют стабильные замкнутые сферические и сфероидальные структуры,
впоследствии названные фуллеренами».
Эта гипотеза, подтвержденная в дальнейшем более детальными исследованиями,
по существу и легла в основу открытия фуллеренов. Публикация о первых
наблюдениях фуллеренов была направлена в журнал «Nature» уже через 20 дней
после приезда Крото в Техас. В этой статье помимо предположения о сфероидальной
форме фуллеренов содержались идеи о возможности существования эндоэдральных
молекул фуллеренов, то есть молекул, внутри которых заключены один или
несколько атомов другого элемента. Дальнейшие исследования подтвердили и это
предположение.
Расстояние между молекулами в таких кристаллах меньше, чем расстояние
между атомами в решетке алмаза. Кроме того, в ячейках обоих видов есть «особый»
фуллерен, взаимодействующий с остальными через 1216 очень коротких и сильных
межмолекулярных связей. Все это и определяет необычайную твердость
кристаллического фуллерита: она в дватри раза выше твердости алмаза.
За открытие фуллеренов Г. Крото, Р. Смолли и Р. Керл были удостоены
Нобелевской премии по химии.
Подлинный бум в исследованиях фуллеренов начался в 1990 году. Это
произошло после того, как немецкий астрофизик В. Кретчмер и американский
исследователь Д. Хафман разработали технологию получения фуллеренов в
достаточных количествах. Технология основана на термическом распылении
электрической дуги с графитовыми электродами и последующей экстракции
фуллеренов из продуктов распыления с помощью органических растворителей,
например, бензола, толуола. Новая технология позволила многочисленным научным
лабораториям исследовать фуллерены не только в молекулярной форме, но также и в
кристаллическом состоянии. В результате были сделаны новые открытия. Так, в
1991 году американские ученые обнаружили сверхпроводимость фуллереновых
кристаллов, легированных атомами щелочных металлов, с критической температурой
от 18 до 40 градусов Кельвина в зависимости от сорта щелочного металла. И по
сегодняшний день исследования и разработки в области фуллеренов являются одним
из приоритетных направлений мировой науки и технологии. Подобная популярность
связана с удивительными физикохимическими свойствами фуллеренов, открывающими
возможность их прикладного использования.
Молекулы фуллеренов обладают высокой электроотрицательностью. Они
|
|