«Если пластина льда, полученная заморозкой дистиллята, разрушается при малом прогибе (порядка двух миллиметров), то ледяной композит, армированный двумя слоями органических или углеродных волокон, сохраняет целостность даже при растрескивании ледяной матрицы. Прочность композита вырастает до шести раз, а деформация — до 15», — утверждает академик РАН, советник генерального директора Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ), научный руководитель лаборатории ТГУ «Полифункциональные химические материалы» Вячеслав Бузник.
Россия является лидером в освоении арктических пространств, здесь у нее сформулированный стратегический интерес. 80% людей, живущих в арктической зоне, — россияне. Самые крупные заполярные промышленные предприятия созданы в Норильске, на Кольском полуострове. Более 60% производства мировой арктической металлургии приходится на Россию. У нас работает единственная в мире атомная электростанция, сооруженная в зоне вечной мерзлоты, — Билибинская АЭС.
Эффективное освоение Арктики не может обойтись без проектирования новых материалов, поскольку низкие температуры и влажность критически влияют на свойства самых популярных конструктивных материалов — стали и полимеров: они становятся хрупкими и коррозируют.
При этом вопреки ожиданиям экспертов Россия, как и другие арктические страны, не является лидером по количеству научных публикаций по этой теме. Согласно обзорному исследованию (В. М. Бузник, Е. Н. Каблов «Состояние и перспективы отечественного материаловедения». Вестник РАН, 2017, т. 87, № 9, с. 827–839) российские публикации по этой теме хоть и занимают третье место, но значительно отстают от японских и китайских.
Впрочем, в последние годы интерес к теме растет. В авиационном и космическом ВИАМе ею занимаются в лаборатории арктического материаловедения. Лаборатория адаптирует к условиям Севера материалы, ранее созданные для других целей; создает материалы специально для Арктики, занимается испытаниями и мониторит состояние отрасли в целом.
Например, в институте адаптировали к арктическим условиям материал марки ТЗМК (он состоит из тонких волокон оксидов алюминия, кремния и циркония), разработанный в свое время для обшивки космического аппарата «Буран». Логика понятна: материал имеет потрясающие теплоизолирующие свойства и прочность. Но с точки зрения арктического использования есть и минус: он пористый и гидрофильный, то есть быстро накапливает воду, что при замерзании приводит к его разрушению. Исправить это удалось путем нанесения тончайшего слоя гидрофобных (отталкивающих воду) фторполимеров. Это само по себе потребовало остроумного технического решения: оказалось, что фторполимеры хорошо растворяются в сверхкритической (состояние между жидкостью и газом) углекислоте, и из такого раствора их можно наносить тончайшим слоем. (Работа проведена в ВИАМе совместно с Институтом элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН).
Хотя разработчики новых материалов часто жалуются, что конструкторы, проектирующие машины и строения для Арктики, недостаточно хорошо знают, какие новые материалы разработаны и испытаны в российских институтах, есть некоторые примеры их использования. Так, 16 различных материалов установлены на опытном вездеходе арктического назначения марки
РУСАК (ООО «Русская автомобильная компания», Набережные Челны).
У академика Вячеслава Бузника с соавторами в 2022 году вышла новая статья (Smirnov, O. I., Nuzhnyi, G. A., Novoskol’tseva, O. A. et al. Materials for Freezing Ice Objects. Inorg. Mater. Appl. Res. 13, 134–137 2022) посвященная новым материалам изо льда, а в 2020-м — научно-популярная книга «Лед в разных измерениях». В разговоре с Вячеславом Бузником «Эксперт» сосредоточился на свойствах материалов будущего изо льда и узнал о композитной переправе через Лену, ледяном авианосце и ракетной базе.
— Вы много лет занимались разработкой новых высокотехнологичных материалов, например для авиации. И вдруг лед! Он же не новый, и еще он тает. Почему вы занялись льдом?
— Жизнь ученого разнообразна. Льдом я заинтересовался, по сути, случайно: пять-шесть назад вынужден был заниматься анализом материалов для Арктики, изучить возможные перспективы их применения. Лед показался мне интересным и прошедшим испытания длительной практикой материалом.
Лед ведь и правда применяют давно-давно: эскимосы больше тысячи лет используют его для строительства своих домов — иглу. И якуты лед использовали. У эскимосов, кроме льда и слежавшегося снега, никакого строительного материала не было, а у якутов были деревья. Поэтому они из бревен делали избы — они назывались якутские балаганы, — а лед использовали как герметик: они сруб, который делали, обливали водой, и он плотно герметизировал все щели. А чтобы этот герметизатор не таял, снаружи и внутри отделывали шкурами стены. И лед не тает, и внутри тепло сохраняется.
Ледовары и ледоборцы
— Как выглядит лед с точки зрения создателя новых материалов?
— Лед — очень противоречивый материал. Для большинства людей, особенно живущих как мы, в зоне умеренного климата, он прежде всего связан с неудобствами. Лед — это холод, а холод — это дискомфорт. К тому же недаром дни, когда появляется гололед, называют «день травматолога» или «день жестянщика»…
— И еще все эти неприятные реагенты на тротуарах…
— Совершенно верно. Людей, которые борются со льдом, называют ледоборцами. Допустим, они обрабатывают самолет реагентами, предохраняющими от замерзания, — знаете, иногда приходится подолгу сидеть в самолете и ждать, пока его обработают реагентами.
Но у льда есть и положительные стороны. Поэтому есть не только ледоборцы, но и ледовары — создающие лед. Например, это люди, которые заливают катки. Ледовары существуют давно! А сейчас это целая большая интересная наука, ведь разработан искусственный лед. И искусство ровно залить каток совсем не простое. А еще это бизнес — кому поручить залить каток.
— Каток — это прекрасно, но ведь польза льда этим не исчерпывается?
— Какие функции может выполнять лед? Во-первых, это носитель холода, поэтому он используется при хранении продуктов. Задолго до всяких холодильников продукты хранили в леднике. И сейчас, если вы зайдете в любой супермаркет, где есть рыба, она всегда лежит на льду или на снегу.
Другая полезная функция льда совсем не столь очевидна. Она заключается в том, что лед — это носитель информации. Когда лед замерзает, то в зависимости от условий окружающей среды, состояния атмосферы в него попадают биологические и химические элементы, которые могут нести информацию о том, что в те времена происходило в атмосфере. Если лед пробурить, как это делается в Антарктиде, вытащить этот длинный керн и исследовать его, то можно узнать, какая в разные времена была температура и другие условия среды. Получается, лед служит сохранению памяти о прошлом. Скажем, во льду или в якутской мерзлоте находят мамонтов — они сохраняются настолько хорошо, что уже прочитали их генетический код.
На Алтае раскопали лет тридцать назад знаменитую «пазырыкскую принцессу» или «принцессу Укока» — она сохранилась очень здорово, несмотря то что пролежала две тысячи лет. Дело в том, что после того, как ее захоронили, она была залита водой, а потом все замерзло, и все это время она пролежала фактически во льду. Поэтому лед — важный хранитель информации.
— Во льду ведь могут сохраняться и опасные для нас древние микроорганизмы?
— Этого исключить нельзя, потому что бактерии могут сохраняться десятки тысяч лет, и если их потом поместить в соответствующие условия, они начинают размножаться. Но степень опасности оценить трудно — в этом вопросе среди ученых есть свои оптимисты и пессимисты.
0
120.00
