Военные нанотехнологии -
ISBN 5-94836-096-2
Скачать (прямая ссылка):
На основе изучения очень малых по размеру биологических объектов была выдвинута концепция создания новых материалов, образу- ff" 160 Глава 4. Потенциальные возможности военных применений HT
юшихси самосборкой из простых биологических «блоков» по некоторой иерархической схеме. Метод уже позволяет си нтезировать нано-и микроразмерные трехмерные структуры, а в дальнейшем может привести к технологии производства материалов из разветвленных молекул ДНК. Используя исходные блоки различной формы и соединение по специфическим методикам, можно перейти к созданию двух- и трехмерных сложных структур IJeIinski, 1999], которые можно будет затем применять, например, в молекулярной электронике (DARPA Budget, 2002: 3-1JJ.
Из функциональных материалов можно выделить прежде всего нанокомпозитные постоянные магниты, имеющие огромное значение для развития силовой электроники !мощные диоды и транзисторы) и электродвигателей [DARPAMetaMaterials, 2003). Еше одно очень перспективное направление исследований в области функциональных материалов - так называемое «самозалечивание» повреждений объектов за счет наноразмерных добавок в состав различных веществ IBusbee, 2002: 32). Изготовленные из таких материалов нановолокна вполне могут быть использованы для создания тканей (с интегрированными в нихдатчиками и электронными соединениями) или в производстве нанопористых мембран для фильтрации, биологической защиты и т.п.
К активным материалам относятся те, которые способны изменять свою форму или даже создавать внутри себя определенные силы при контролируемом изменении внешних условий (классическим примером таких материалов могут служить пьезоалектрики, вещества с эффектом памяти формы и т.п.). Материалы такого типа могут широко использоваться для обеспечения подвижности деталей военного снаряжения, «конечностей» роботов и т.п. Применение HT может, с одной стороны, позволить значительно повысить используемые характеристики таких материалов, а с другой - создать их новые виды, например способные к «сокращению» молекулы, которые можно применять для организации движения экзоскелетов (см. раздел 4.1.6). В качестве альтернативы можно предложить биологические или гибридные материалы на основе миозина или кинезина. Активные молекулы, соединенные с датчиками, источниками энергии и устройствами обработки информации, превращаются в так называемые «умные» материалы, которые планируется в дальнейшем использовать, например, для изготовления аэродинамических элементов самолета, способных изменять свою жесткость и понижать вибрацию конструкции на определенных режимах полета и т.п. [DAКPA Smart, 2003). 4.1. Военные приложения HT | 55
Естественно, что многие из этих перспективных материалов так и не будут запущены в производство и никогда не будут применяться практически (хотя бы по соображениям экономической целесообразности), однако в целом они обещают привести к революционным изменениям в материаловедении. Сроки реального внедрения таких материалов в производство оценить довольно трудно, однако можно предположить, что широкое использование нанофазных композитов и металлов начнется примерно через 5-Ю лет, а промышленное производство высокопрочных материалов, армированных углеродными нанотрубками, - через 10— 20 лет. Через 5—10 лет могут появиться экспериментальные образцы изделий с smart материалами, а примерно через 10-20 лет начнется коммерческое производство первых бионаноматериалов, хотя во всех перечисленных областях нельзя исключить возможность бурного технологического прорыва, обусловленного неожиданным успехом в разработке или применении новых подходов и веществ.
4.1.5. Источники и аккумуляторы энергии
Нанотехнологии, связанные с разработкой новых источников энергии (и устройств или материалов ее накопления, хранения и преобразования), в обозримом будущем будут развиваться, по-видимому, в двух главных направлениях: повышение энергетических возможностей существующих микроустройств (при одновременном уменьшении их веса) и развитие разнообразных новых устройств с очень низким энергопотреблением.
Основной задачей первого направления, очевидно, выступает создание новых типов топливных элементов и батарей, а также наноструктур-ных электродов и мембран. Миниатюрные топливные элементы уже сейчас широко используются в самых различных отраслях авиакосмической техники (электропитание беспилотных устройств, космических спутников и т.д.), а более крупные батареи и элементы (с мощностью в десятки киловатт и больше) применяются в наземных транспортных средствах, кораблях и т.п. Ожидается, что HT позволят создать материалы для высокоэффективных устройств аккумулирования водорода и топливных элементов на этой основе, что, кстати, должно стать важным этапом на пути создания экологически чистых, «электрических» автомобилей.
Ожидается также, что на основе органических нанокомпозитов будут созданы гибкие и очень легкие солнечные батареи JDARPA Budget, 2003: 2991, которые, безусловно, найдут самое широкое применение в промышленности и бытовой технике. ff" 160 Глава 4. Потенциальные возможности военных применений HT
