Компьютерра - Журнал "Компьютерра" №710

Углеродные нанотрубки могут стать прекрасной основой для нового поколения бронежилетов. К такому выводу пришли ученые из Сиднейского университета, делавшие расчеты баллистического удара по нанотрубкам методом молекулярной динамики.

Идея использовать прочные и легкие углеродные нанотрубки в бронежилетах давно витала в воздухе. Но идея - это одно, а готовый бронежилет - совсем другое. Из каких нанотрубок и как лучше его делать? От каких пуль он сможет защитить? Первые ответы на эти вопросы недавно сумели получить в Австралии.

Для простоты ученые сначала ограничились одной закрепленной на концах нанотрубкой и рассчитали, как она поведет себя при встрече с миниатюрной алмазной "пулей", на несколько порядков более тяжелой, чем трубка. Расчеты велись методом молекулярной динамики, в котором вычисляется движение каждого атома углерода. Оказалось, что одна нанотрубка способна противостоять "пуле", летящей со скоростью до двух километров в секунду, что вдвое быстрее, нежели при выстреле из винтовки в упор. При этом нанотрубка не разрушается, а сначала сминается и сгибается, а затем, распрямляясь как пружина, отбрасывает пулю назад. Для защиты лучше использовать углеродные нанотрубки с толщиной стенок в один атом, но, по возможности, с большим диаметром.

По оценкам ученых, для легкого бронежилета, способного выдержать пистолетный выстрел с типичной энергией пули в 320 джоулей, достаточно шести слоев ткани, свитой из нанотрубок толщиной по 100 мкм. И пули от такого бронежилета толщиной меньше миллиметра будут буквально отскакивать - ему не страшны даже несколько выстрелов подряд в одно и то же место. Это выгодно отличает гипотетический бронежилет от современных аналогов из кевлара или других материалов. В них пули застревают, а бронежилет портится, распределяя энергию пули на большую площадь, так что хороший синяк или даже поражение внутренних органов от удара обеспечены. Конечно, синяков и в новом бронежилете не избежать, но лучше уж синяк, чем дырка в теле. Теперь дело за малым - изготовить углеродный бронежилет на практике. Поскольку технология прядения нитей из нанотрубок уже отработана, принципиальных трудностей тут вроде бы не предвидится. ГА

Новый наполнитель для громкоговорителей, позволяющий существенно улучшить их отдачу на басах, разработали инженеры корпорации Matsushita Electric Industrial, в миру больше известной под торговой маркой Panasonic. Углеродные частички с нанопорами эффективно адсорбируют лишний воздух при повышении давления за динамиком и позволяют при прочих равных вдвое уменьшить объем корпуса.

Улучшение качества баса всегда было головной болью разработчиков акустических систем. Именно на басах труднее всего добиться малых нелинейных искажений, причем нижняя воспроизводимая частота определяется, по сути, объемом громкоговорителя. А с доступным объемом становится все хуже и хуже - прогресс бытовой техники диктует необходимость миниатюризации. За последние семь лет сотовые телефоны похудели вдвое, а телевизоры стали тоньше в шесть раз. Даже с нормальным воспроизведением голоса, частотный диапазон которого начинается с трехсот герц, в тонких устройствах уже возникают большие проблемы. А что будет со звуком дальше, если эта тенденция сохранится?

У любого громкоговорителя, как у грузика на пружинке, есть собственная резонансная частота колебаний, ниже которой его эффективность быстро падает. Чтобы эту частоту понизить, нужно либо увеличивать массу диффузора, что снижает отдачу, либо делать более мягким подвес. Но каким бы мягким подвес ни сделали, воздух за диффузором будет при сжатии или расширении играть роль пружины, повышая резонансную частоту.

Чтобы уменьшить негативное влияние воздуха, используют различные наполнители. Сначала применяли вату или шерсть, потом синтетические волокнистые материалы. Обычно их считают звукопоглотителями, но на самом деле их роль совсем в другом. Воздух при сжатии нагревается, и если тепло эффективно поглощать (что и делают волокна ваты или синтетики), то сжиматься он будет легче. При расширении все происходит в точности наоборот. Таким способом эффективный объем громкоговорителя можно увеличить в лучшем случае на тридцать процентов, и этот предел не зависит от конструкции и определяется лишь термодинамическими свойствами воздуха.

Предлагалось и множество других способов обойти упругость воздуха. Например, можно сделать объем за диффузором герметичным и заполнить его подходящим веществом вблизи температуры кипения, которое будет эффективно конденсироваться при уменьшении объема и испаряться при увеличении. Или попытаться подобрать смесь паров так, чтобы ее свойства были похожи на свойства вещества в так называемой критической точке, в которой стирается грань между газом и жидкостью и сжимаемость стремится к бесконечности. Однако все эти способы не лишены серьезных недостатков, слишком сложны в реализации и распространения пока не получили.

Инженеры Matsushita решили использовать другое явление - адсорбцию молекул поверхностью. Для этого были получены частички углерода размером не более ста микрон с развитой системой пор порядка нескольких десятков нанометров поперечником. Большая поверхность нанопор эффективно адсорбирует воздух при сжатии, снижая его упругость. Утверждается, что оптимальные размеры и параметры пористости частичек позволяют либо уменьшить объем громкоговорителя (как говорилось выше, в два раза), либо - при неизменном объеме - уменьшить нижнюю частоту со 120 до 80 Гц динамика телевизора и с 1200 до 800 Гц у компактного сотового телефона.

В плоских телевизионных панелях, кроме того, оказалось удобным использование так называемого пассивного радиатора - еще одного плоского динамика без магнитной катушки. Пассивный радиатор, как и более популярный фазоинвертор, трубу которого просто негде разместить в тонкой телевизионной панели, создает еще один акустический резонанс конструкции ниже резонансной частоты динамика и таким способом способствует лучшей передаче баса.

Разработчики утверждают, что углеродные частички с нанопорами улучшают не только бас. Увеличение эффективного объема благотворно сказывается и на средних частотах вплоть до двух килогерц. Matsushita планирует использовать новую технологию в широком спектре продукции: первыми на очереди стоят плазменные телевизоры. ГА

Галактион Андреев

Александр Бумагин

Евгений Васильев