В октябре Нобелевский комитет назвал лауреатов самой престижной в мире научной награды. А мы вспомнили, как в 2004 году простая вещь — канцелярский скотч — помогла Андрею Гейму и Константину Новосёлову получить графен. За это им в своё время тоже дали Нобелевскую премию.
1
Манчестерский университет. Глубокая ночь. Физик Новосёлов рассматривает ленты скотча, извлечённые из мусорного ведра. Коллеги выбрасывают их после экспериментов, во время которых убирают липкой лентой неровности с поверхности графитовых кристаллов. Учёного интересует, что остаётся на поверхности обрывков. Наконец он кладёт голову на стол и засыпает. Ему снится, что рулон скотча упал и покатился по коридору.2
Студент-криминалист ловит скотч и лепит его повсюду в лаборатории, думая, что Новосёлов умер. Объясняет:— Прежде чем снять отпечатки с места преступления, их нужно проявить. Это делается с помощью дактилоскопического порошка, состоящего из графита, окиси меди или измельчённого алюминия. Мы распределяем его кисточкой по краям отпечатка. Ждём, когда на поверхности порошка проступят потожировые следы рук. Затем берём скотч или дактилоскопическую ленту и копируем изображение отпечатка.
3
Следующим на место происшествия прибывает медик. Он красочно описывает, как с помощью скотча спас человека с открытым пневмотораксом (это когда воздух поступает в лёгкие не только через дыхательные пути, но и через рану в грудной клетке, что приводит к нарушению кровообращения и дыхания): просто заклеил рану клейкой лентой!На шум сбегаются другие научные сотрудники университета и начинают говорить одновременно.
4
Химики обсуждают, почему скотч липкий. Всё дело в адгезии — межмолекулярном взаимодействии веществ, происходящем при контакте их поверхностей.Сначала на полиэтиленовую плёнку наносится слой полимера — термостойкого синтетического акрила или высокоэластичного каучука. Начинается адгезия: клей, нанесённый на поверхность ленты, заполняет все трещины и микрощели. А дальше — полимеризация: липкое вещество затвердевает, за счёт чего происходит фиксация склеиваемых поверхностей.
5
Математик занудствует:— Рулон скотча как геометрическая фигура представляет собой цилиндр — объёмную фигуру, состоящую из двух параллельных друг другу и равных по площади окружностей и, собственно, цилиндрической поверхности, которая соединяет эти окружности. С другой стороны, данный объект может быть рассмотрен как плоский прямоугольник. Вот, например, у меня на столе лежит такой с пропорциями 25×25 000 миллиметров. За счёт сворачивания в трёхмерном пространстве он занимает относительно небольшой объём. С третьей стороны, моток скотча напоминает тороид…
6
Ботаник заклеивает скотчем рот математику и показывает в «Определителе тропических растений» вечнозелёное дерево гевею (лат. Hevea), принадлежащее семейству молочайных, классу двудольных. Из него добывают натуральный каучук, который наносится на некоторые виды скотча.7
Ветеринар ловит кошку и показывает, как обнаружить паразитов на теле животного:— Взъерошьте хорошенько ей шерсть, быстро прижмите полоску скотча к коже — и так много-много раз, пока не снимете пробы со всей поверхности тела. Далее приклейте тест-полоску к предметному стеклу и исследуйте под микроскопом!
8
Рулон скотча попадает в руки к Андрею Гейму, который зашёл в лабораторию поинтересоваться, как дела у Константина. Он внимательно рассматривает сначала сам артефакт, затем полоски ленты, разбросанные по столу Новосёлова. Принимается с увлечением склеивать и разлеплять куски скотча с графитом из обычного карандаша. И осаждать полученные тончайшие чешуйки на подложку из диоксида кремния SiO2.9
Физик рассказывает, что клейкая лента может быть источником рентгеновского излучения:— Это доказали советские учёные ещё в 1953 году при помощи машины, рывками отматывающей скотч в вакуумной камере. Приборы зафиксировали излучение в диапазоне от видимого света до рентгеновских лучей — триболюминесценцию. Это явление возникает из-за того, что в момент отрыва ленты кристалл разрушается, у одних частиц оказывается больше положительных зарядов, у других — отрицательных. Между ними проскакивают разряды, под воздействием которых вещество испускает излучение.
10
Историк вспоминает, что клейкая лента была изобретена в Германии. Химик Пауль Карл Байерсдорф запатентовал её в 1882 году. В 1901 году аптекарь Оскар Тропловиц добавил в клеящий состав оксид цинка, чтобы нейтрализовать раздражающее воздействие на повреждённую кожу, и назвал лейкопластом. Производить лейкопластырь начали в 1921 году. Он быстро попал в Америку, где Дик Дрю разработал способ равномерного нанесения клея на ленту. Согласно легенде, слово «скотч» появилось потому, что изначально клей наносили не на всю поверхность, а только по краям. Это воспринималось как пример скупости, а у многих народов с жадностью ассоциируются именно шотландцы.11
Андрей Гейм шепчет, с восторгом глядя в микроскоп:— С ума сойти! Кажется, отшелушивая от графита тончайшие слои с помощью скотча, мы нашли простой способ получать графен — двумерную модификацию углерода толщиной в один атом. А ведь это материал для микроэлектроники будущего!
Внезапно Константин просыпается. На столе всё те же полоски скотча с остатками графита. Но, кажется, теперь он знает, что нужно делать.
12
А над университетом в это время пролетает Международная космическая станция. Космонавт на её борту держит в руках скотч серебристого цвета, используемый при ремонте космической техники. Он влагостойкий, прочный, обеспечивает полную герметизацию, устойчив к высоким и низким температурам. В 1970 году на «Аполлоне‑13» благодаря тканево-полиэтиленовой ленте впервые в открытом космосе отремонтировали систему жизнеобеспечения.Фото: Depositphotos
Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» № 24 2016 г.