Пифагоровы штаны: Как создать оптический транзистор из воздуха? - Интервью - 2019-12-17
17.12.2019
А. Петровская
―
Добрый день, у микрофона Александра Петровская. Это программа «Пифагоровы Штаны». Напротив меня Валентин Меличко, старший научный сотрудник физтеха ИТМО, а также руководитель Российско-Французской лаборатории этого университета. Здравствуйте, Валентин.
В. Меличко
―
Добрый день, Александра.
А. Петровская
―
Сегодня будем говорить об умных технологиях. Что у нас только умным не было: у нас и города умные, и технологии умные, и транспорт умный и вот ещё материалы. Наверное, это тот первоисточник, с которого всё начинается. Где бы были наши умные города, машины, транспорт, если бы не те материалы, из которых это создаётся. Пару слов, давайте расшифруем, что это за очередной смарт?
В. Меличко
―
На самом деле лень считается основным двигателем прогресса. Мы не хотим работать, но хотим, чтобы работали за нас. Поэтому создание умных, интеллектуальных вещей связаны с тем, что человек не хочет делать определенную работу. Создание умных материалов тоже направлено на это. Например, умные солнечные очки, которые умеют контролировать поток ультрафиолетового излучения, чтобы вы не обожгли себе сетчатку. Как это работает? На очки нанесён определенный полимер. Чем выше интенсивность ультрафиолетового излучения, тем интенсивнее оно поглощается. Человек, на самом деле, всё время изготавливает эти умные материалы для использования в быту.
А. Петровская
―
Это природа нам даёт умные материалы, или мы их создаём, всё искусственно создано?
В. Меличко
―
Фифти-фифти. Есть материалы, которые мы подсматриваем у природы и используем в нашей жизни, а есть материалы, которые искусственно создаются в лабораториях. Те материалы, которые в природе найти невозможно. Люди прикладывают неимоверные усилия, свою фантазию и свою оригинальность, создают что-то новое. Я хотел бы поговорить о тех материалах, которые создаются в лабораториях и не имеют аналогов в природе.
А. Петровская
―
Чтобы немножко обобщить то, что вы сказали… То есть, умные материалы – это те материалы, которые могут изменять свои свойства под воздействием чего-либо?
В. Меличко
―
Изменяющегося окружения, да.
А. Петровская
―
На самом деле история, хоть она и кажется смарт-смарт, про последнее десятилетие и научный прогресс… Вы сказали мне до начала программы, что эти самые умные материалы были такими ещё с 19 века были умными.
В. Меличко
―
Да, на самом деле ещё братья Кюри и другие ученые работали, открывали эти материалы. Просто сам термин «умные материалы» появился недавно. Дело в том, что наука о материалах колоссально огромная. Это огромная индустрия и научная, и прикладная. Уже отделить материалы друг от друга довольно сложно. Было принято, примерно 10 лет назад, давайте-ка мы назовём этот класс материалов, которые способны изменять свои свойства под воздействием окружения. Назовём их просто – умные материалы. То есть, это такой научный сленг. Если вы встретите этот термин в литературе, он обычно пишется в кавычках.
А. Петровская
―
Вы занимаетесь, как я понимаю, определенным классом этих умных материалов? Не всеми на свете, а только определенными.
В. Меличко
―
Да, действительно. Александра, вы правы. Умных материалов колоссальное количество. Лично я в лаборатории в университете ИТМО, мы занимаемся созданием и исследованием умных материалов, которые мне нравится называть «мягкими кристаллами». В научной литературе их можно встретить под названиями металлоорганические каркасы, НРЗБ полимеры. Но мне, чисто по-человечески, нравится называть их «мягкие кристаллы». Мы занимаемся их синтезом и исследованием для создания оптических транзисторов и устройств записи и хранения информации, которые можно «создавать из воздуха». То есть, эти материалы, опять же в кавычках, мы можем «создавать из воздуха». Это не классические общеизвестные материалы, как кремний, может быть, полупроводники, которые мы используем сейчас в наших устройствах хранения информации, например, как наши флешки и телефоны. Нет. Наши материалы мы создаём из воздуха: это углерод, кислород, водород, азот и щепотка металлов в очень-очень маленьком количестве.Сегодня надо понимать, что интеллектуальные технологии, умные материалы, они должны менять наше мироощущение, мировоззрение, наше понимание того, из чего мы можем создавать наши привычные устройства (телефоны, стаканы, микрофоны, нашу одежду). В частности, я работаю над тем, как в нашем будущем можно создавать флешки, условно, из воздуха. Взять колбочку, накачать туда грязного воздуха из города, где есть и металлы, и кислород, углерод, водород и так далее. Переработать это и создать маленькую флешку.
А. Петровская
―
Это что, биореактор какой-то, в котором будет происходить…
В. Меличко
―
Ну это я фантазирую, на самом деле те материалы, с которыми мы работаем – это мягкие кристаллы, мателлоорганические каркасы. К слову, металлы и органика. Органика – это углерод, водород, кислород, азот; металлы – маленькая щепотка железа, либо меди, которую мы способны взять, условно, из воздуха.Я очень надеюсь, что в будущем, через 20-30 лет будут такие технологии, когда мы сможем изготавливать такие материалы из воздуха, но я в своей работе уже следую их возможности хранения и записи информации.
А. Петровская
―
Это ограничивается не только технологией создания нового умного материала, но и технологией, как этот материал потом станет не просто куском какого-то материала, бесформенным, а неким устройством.
В. Меличко
―
Да-да.
А. Петровская
―
Здесь есть какая-то разница, будут ли это кремниевые транзисторы или будут транзисторы из воздуха?
В. Меличко
―
Существующие кремниевые транзисторы, все наши флешки, которые основаны на полупроводниках – это всё замечательно, но это безумно дорого. Мы в любом случае придём к тому, что истощим все эти запасы. А воздуха много, грязного воздуха ещё больше. Это такая альтернатива, green technology.
А. Петровская
―
Есть ли проблема дальнейшей утилизации?
В. Меличко
―
Утилизации нет, более того, немножко опишу: мягкие кристаллы, с которыми мы работаем, о которых мы говорим, они состоят из органических строительных блоков, так назовём, и неорганических. Неорганические строительные блоки – это всевозможные многовалентные металлы (железо, медь, цинк и так далее), в качестве таких металлов можно взять совершенно безвредные элементы, которые не приносят никакого вреда ни окружающей среде, ни человеку. Органической составляющей, органическими строительными блоками могут быть, например, какие-то антрацены, порфирины, то есть, чисто органические элементы, которые биодеградируемые, которые могут скушать какие-то бактерии. Это абсолютно разлагаемые материалы, не приносящие вреда. Более того, скажу, что некоторые такие материалы… Можно найти в Ютубе видео, когда химики синтезируют такие мягкие кристаллы. Если эти мягкие кристаллы не удовлетворяют определенным параметрам, они их берут и едят.
А. Петровская
―
Ого!
В. Меличко
―
Показывают, что это абсолютно биосовместимые вещи. Не понравилась вам ваша флешка, вы её скушали.
А. Петровская
―
Там написано, что трюк выполняют профессионалы, просьба не повторять?
В. Меличко
―
Нет.
А. Петровская
―
Сколько времени нам потребуется, чтобы к вот тому светлому будущему, которое вы описали, перейти? Транзисторы из воздуха. Это реально существует или пока исследование?
В. Меличко
―
Чтобы прийти к такой идеи создания транзистора из воздуха, нужно пройти несколько этапов. Первый этап – это вообще создание таких материалов. Мягкие кристаллы, металлоорганические каркасы они были впервые синтезированы 20 лет назад в Соединенных Штатах таким замечательным химиком, выдающимся, на мой взгляд, Омаром Ягхи, который сегодня синтезирует эти кристаллы для крупнейшей корпорации BASF для хранения опасных газов и так далее. Поскольку их синтезировали химики в химической лаборатории, такие мягкие кристаллы оказались очень полезны химикам, потому что они оказались очень пористые. В этих порах можно хранить летучие газы, метан, этан, водород и так далее. Примерно 15 лет химики с успехом развивали эту технологию синтеза мягких кристаллов, используя их как сорбенты. Но когда на такие материалы взглянули физики со своего угла и сказали: ребята, так у вас же умный материал, что же вы используете его как сорбент, он может приносить больше пользы! Material science, давайте делать что-то другое!Я причисляю себя к тем физикам, которые взглянули на эти кристаллы. Я помню своё удивление, был поражен, что такие материалы вообще существуют. Хочу сказать, что это искусственно созданные материалы. Природа такие материалы не создаёт. Это сила человеческой мысли, человеческой фантазии и создания.
А. Петровская
―
То есть, Валентин, это настоящее?
В. Меличко
―
Настоящее. Да, мы умеем синтезировать такие материалы. Следующее настоящее, второй этап, что мы делаем, что я делаю как физик, как оптик – тестирую мягкие каркасы в разных условиях. Я на них воздействую электромагнитный излучением, давлением, напряжением, током, светом для того, чтобы эти материалы изменили свои свойства, структуру и сохранили на определенное время, условно, я записываю определённую информацию, вот. В наших работах мы действительно показываем, что такие мягкие кристаллы под действием, например, света записывают информацию с плотностью до терабайта на квадратный дюйм, что выше, чем коммерчески доступные, наши стандартные флешки. Эту информацию можно стереть, грубо говоря, плюнув на эту флешку, поместив её в воду. Обратно записать её тоже возможно. Это тоже наше настоящее. Мы умеем записывать информацию и её хранить.Следующая, наверное уже из ряда фантастики, надеюсь, что в течение 20-30 лет… Это попытка синтеза умных материалов уже не в химических лабораториях с использованием сложного синтеза, с использованием довольно дорогих реактивов, всё-таки найти методы создания этих металлоорганических материалов реально из воздуха.
А. Петровская
―
Спасибо, на это заканчиваем. Валентин Меличко, старший научный сотрудник физтеха, руководитель Российско-Французской лаборатории университета ИТМО. Большое вам спасибо.
В. Меличко
―
Спасибо, до свидания.