Дом/Дача

Телескопы будущего: Россия обогнала США в гонке за космическим стеклом

Самый высокий небоскреб России и Европы – это "Лахта-центр" в Санкт-Петербурге. Его фасад состоит из 16 000 элементов. Вес каждого – 700 килограммов. Стеклянные панели здания способны выдержать штурм тараном, удар бейсбольной битой и атаку топором. Их изготовили по специальной русской технологии.

Стекло является одним из древнейших материалов, известных человечеству. Оно появилось в Древнем Египте более 3000 лет назад, и там его использовали для создания украшений и предметов декора. В древних культурах стекло считалось ценным и роскошным материалом. Со временем технология изготовления стекла стала доступнее, и теперь оно часть повседневной жизни. Какие существуют виды стекла, как их применяют и как Россия обогнала Штаты в гонке за космическим стеклом, рассказали в программе "Как устроен мир" с Тимофеем Баженовым на РЕН ТВ.

Уникальность рубиновых звезд на башнях Кремля

Один из самых узнаваемых символов России – это рубиновые звезды на башнях Кремля. Некоторые полагают, что они сделаны из настоящих или синтетических рубинов, но это не так.

На самом деле, звезды собраны из трехслойных стеклянных пластин, соединенных элементами из титана. Часть пластин – это так называемое рубиновое стекло, которое изготавливают по уникальной русской технологии.

"У красного стекла кремлевских звезд уникальный состав. В состав этого стекла входят золото, медь и селен. Это фактически коллоидный раствор золота в стекле, то есть очень мелкие частицы золота, растворенные хоть в воде, хоть в стекле, могут иметь самый разный цвет – красный, синий, даже желтый.

И вот именно такой рубин, золотой рубин, самый прочный, самый устойчивый", – рассказала кандидат химических наук Наталья Жаркова.

Для чего нужно халькогенидное стекло

Халькогенидное стекло – это уникальный материал. Его применяют при изготовлении газовых датчиков, инфракрасной оптики, тепловизоров и очков ночного видения.

"Они интересны в первую очередь для таких применений в оптике, в фотонике, потому что у очень большая полоса пропускания. Это нужно для различных приборов, в которых необходимо пропускать свет более длинных длин волн, соответственно, инфракрасного диапазона в том числе. Обычно это различного рода специальные применения или же объекты фотоники или оптики, которые используются, например, для наблюдения в инфракрасном диапазоне", – уточнил доцент кафедры химической технологии стекла и ситаллов РХТУ им. Д.И. Менделеева Георгий Шахгильдян.

Стеклянные кирпичи и стены для высотных зданий

Еще одна современная технологии – это высокопрочные стеклянные кирпичи. Их производят послойно, благодаря чему они получаются столь же крепкими, как и бетонные блоки. Оригинальная форма позволяет скреплять стеклянные кирпичи между собой, подобно деталям детского конструктора.

Стеклянные стены небоскребов хотя и выглядят красиво, но стоят недешево. Их нужно постоянно мыть. При сильном ветре или землетрясении крепления стекла могут ослабнуть, и оно рухнет на тротуар. В программе показали, как стеклопакет весом в 380 килограммов оборвал трос и сорвался вниз.

Несмотря на все опасности, стеклянные стены – это лучший выбор для высотных зданий. По сравнению с бетоном они весят меньше и снижают нагрузку на каркас. Стекло более долговечно, а при необходимости его легче заменить. К тому же прозрачные стены дают больше света и помогают экономить на кондиционировании.

"Они должны выдерживать, с одной стороны, возможное падение человека на это стекло изнутри здания, а также должны выдерживать воздействие сильного ветра снаружи здания, поскольку на большой высоте очень часто дуют ураганные ветра. Поэтому опять же такие стекла делают из стеклопакетов, состоящих из нескольких слоев толстых закаленных стекол. При этом рамы, как правило, делают двойные. То есть есть внутреннее стекло многослойное и наружное", – пояснил кандидат химических наук, доцент кафедры неорганической химии РТУ МИРЭА Андрей Дорохов.

Закаленное стекло не треснет, даже если на него встанут сразу восемь человек или по нему проедет автомобиль.

Специальное стекло для музеев

Специально для музеев в России разработано стекло, покрытое тонкой пленкой из ионов разнообразных металлов. Музейное стекло отличается от всех остальных стекол тем, что оно хорошо защищает экспонаты. Оно ни в коем случае не должно биться, то есть это должно быть антивандальное стекло.

Кроме этого, оно не должно бликовать, то есть не должно мешать разглядывать экспонат. Ну, и, конечно же, стекло должно защищать то, что хранится под ним, например, от ультрафиолетового излучения, потому что свет может разрушать предметы, особенно предметы старинные.

Уникальность России в изготовлении телескопов

На Заводе оптического стекла изготавливают зеркала для самых больших телескопов в мире. Для их производства используют уникальный материал, с которым умеют работать лишь три завода: один в Соединенных Штатах Америки, второй в Германии и третий у нас, в России.

"У этих материалов одно уникальное свойство. Они имеют практически нулевой коэффициент термического расширения. И любое воздействие на зеркало температуры в момент открытия, например купола любой обсерватории, происходит перепад температуры. Любой объектив, который используется в специальной аппаратуре, также подвергается воздействию температуры. Такие материалы не меняют свою форму. Этот тип материала позволяет сохранять форму главного зеркала телескопа неизменной на протяжении практически всего срока эксплуатации", – подчеркнул заместитель начальника производственного комплекса Завода оптического стекла Владимир Патрикеев.

Создать зеркало для телескопа, который заглянет вглубь нашей Вселенной, непросто. Оптические стекла должны содержать минимальное количество включений. В процессе варки снимают пробу стекломассы, чтобы убедиться, что она максимально чистая. Любые инородные включения недопустимы.

Когда процесс варки заканчивается, или, как говорят на заводе, "закрывается", стекло выливают в форму. После отлива форму с полужидким стеклом помещают в печь. Его медленно и равномерно охлаждают, буквально по несколько градусов в сутки. Процесс может занять месяцы. Затем стекло подвергают специальной термообработке и придают его поверхности нужную форму.

"Изготовление таких зеркал может финансировать только государство. Это может быть государство как Российская Федерация, так и государство инозаказчика, потому что в течение порядка трех лет над этим зеркалом будет трудиться несколько человек. Порой количество человек, которые трудятся над изготовлением зеркала, доходит до пятидесяти", – отметил Владимир Патрикеев.

Что такое металлическое стекло и зачем оно нужно

Промышленность XXI века делает ставку на аморфные металлы, которые часто называют металлическими стеклами. Такой материал создается путем быстрого охлаждения расплавленного вещества.

В результате металлическое стекло получает неупорядоченную атомную структуру. Это делает его в два раза прочнее стали и наделяет особыми свойствами. В программе показали, как шар из аморфного металла прыгает внутри колбы, как будто он резиновый.

"Интерес в том, что у них довольно высокие механические свойства, в том числе связанные с тем, что у них нет этих кристаллических зерен, они более упругие, в каком-то смысле более гибкие, чем обычные металлы. Но при этом они очень сложные в производстве, они безумно дорогие, потому что, несмотря на то, что свойства интересные, все равно технологические изощрения, которые нужны для их получения, они обычно не стоят тех свойств, которых можно от них добиться", – рассказал Георгий Шахгильдян.

Металлические стекла используют при изготовлении компонентов смартфонов, электродвигателей, медицинских имплантов и магнитных экранов. Металл увеличивает эффективность энергосетей на 40%. Но приоритетное его применение – это создание нового поколения военной брони.

"Они имеют уникальные механические свойства, они имеют высокую твердость, прочность в сочетании с высокой пластичностью при сжатии и изгибе материалов. Также имеют высокую прочность при растяжении, высокую ударную вязкость и упругость. Такие металлические стекла используются в оборонной промышленности при производстве бронированных ограждений. Там используются прослойки из таких аморфных металлов на основе алюминия для того, чтобы подавить энергию летящего заряда, так как такие прослойки являются вязкими и задерживают заряд", – сообщила ассистент кафедры товарной экспертизы и таможенного дела РЭУ им. Г.В. Плеханова Ксения Прокопович.

Гнущееся сверхтонкое стекло – спасение для смартфонов

Такое стекло уберегает от царапин, выдерживает удары и не ломается при падении телефона. Его производят из извести, соды, песка, карбоната калия и секретных ингредиентов, которые являются коммерческой тайной.

Все элементы смешиваются в заданных пропорциях и обжигаются в печи при температуре в 1500°C. Полученная масса при остывании превращается в гибкое и прозрачное стекло.

Гнущееся сверхтонкое стекло сворачивают в рулоны и передают в цех, где из него нарезают экраны для смартфонов. Партию обязательно тестируют. Хорошее стекло должно выдержать 200 тысяч складываний.

"Коллеги как раз показывали вау-эффект, что такое стекло даже при желании, вот если взять полосочку, ее можно даже узлом завязать, конечно, не тугим. Но это действительно производит впечатление, когда стекло, которое привычно для нас такое жесткое и хрупкое, при таком воздействии, здесь оно, получается, за счет маленькой толщины настолько вот эластичное. Но важно, чтобы оно выдерживало многократное сгибание по, соответственно, шву. Если все хорошо, через несколько лет мы как раз это сможем увидеть в реальных устройствах", – рассказал доцент кафедры физической химии им. Я.К. Сыркина РТУ МИРЭА Павел Мельников.

Ссылка на первоисточник

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов