Поиск - новости науки и техники

Путевка в вечность. Полимерное покрытие обещает бессмертие самым разным вещам.

…Истертый кусочек кожи – настолько хрупкий, что страшно в руки взять, того и гляди рассыплется. И немудрено, ведь ему больше двух тысяч лет! Чудо, что он вообще уцелел. Это  фрагмент знаменитого Катандинского халата, который русский этнограф Василий Радлов обнаружил в захоронении Большого Катандинского кургана на Алтае в 1865 году. Реликвия, считают специалисты, единственный образец церемониальной одежды, относящейся к пазырыкской культуре, датируемой IV-III веком до н.э. А сохранилась она, похоже, лишь потому, что находилась в зоне вечной мерзлоты. В Государственном историческом музее Катандинский халат – один из самых известных экспонатов.
Правда, со временем он оказался в столь плачевном состоянии, фактически на грани гибели, что к его спасению поочередно подключали самые разные организации, например Центр биомедицинских технологий (бывшая Научно-исследовательская лаборатория при Мавзолее В.И.Ленина), Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я.Карпова и др. А нашли решение, сумели продлить жизнь раритета в Институте теоретической и прикладной электродинамики (ИТПЭ) РАН. Его сотрудники предложили восстановить реликвию с помощью разработанной для авиастроения технологии напыления полимеров. Как оказалось, этот уникальный метод идеально подходит для подобных целей.
И вот старший научный сотрудник ИТПЭ РАН кандидат химических наук Карен ­Маилян совершенно спокойно берет в руки кусочек кожи, не опасаясь за его судьбу. Потому что уверен: сегодня ему ничего не грозит, знаменитый музейный экспонат получает путевку в вечность.

– Для начала нам нужно было понять, – рассказывает Карен Андроникович, – как очистить данный фрагмент кожи от всего, что он впитал за долгие годы жизни и хранения. Фрагмент был буквально напичкан самыми разными веществами и фактически превратился в липкую массу. Мы очистили кожу в условиях вакуума, и стало ясно: реставрация возможна, можно применить наше покрытие.
Эту разработку лаборатория ведет лет десять. Так долго потому, что методы постоянно совершенствуются. Скажем, полиэтилен открыли еще в 40-х годах прошлого века, а исследователи занимаются им до сих пор, стараясь получить суперволокно. То же и с полипараксилиленом (химическое название нашего полимера). Сначала появились одни мономеры (химические соединения – сырье для производства полимера), потом – другие. Исходные мономеры разные, поэтому и конечный продукт имеет различные свойства. И всякий раз можно создавать свою оригинальную полимерную композицию.
Какие-то мономеры мы берем готовыми, другие синтезируем сами. В одном случае мономеры содержат хлор, в другом – фтор, в зависимости от этого кардинально меняются свойства полимера. Он может служить и диэлектриком, и полупроводником или еще каким-нибудь совершенно необычным веществом – их могут быть десятки. И в каждом случае необходимо разработать свой оригинальный рецепт.
Так было создано и полимерное покрытие с высокими барьерными свойствами для защиты от влаги электронных печатных плат. Это – одно из главных его назначений. Скажем, самолет взлетает при плюсовой температуре, а, набрав высоту, оказывается в минусовой. Происходит процесс конденсации воды, вслед за ней появляются и “закоротки”, в результате электроника машины выходит из строя. Так недалеко и до авиакатастрофы. Чтобы ее избежать, микросхемы, транзисторы, платы покрывают толстым слоем лаков. Они надежно оберегают микроэлектронику, но не лишены недостатков. Если, например, взять иголку и капнуть на нее лак, покрытие получится неравномерным, в потеках, а на конце повиснет капля величиной в несколько миллиметров. Для полной защиты микроэлектроники ее покрывают несколькими слоями лака толщиной от 1 до 5 миллиметров. Это значит, что в случае необходимости деталь невозможно достать и отремонтировать (тем более, если в состав лака входит эпоксидная смола). И хотя такой лак дешев, но, когда речь идет, скажем, о безопасности военно-транспортного самолета, его требуется очень много – целая тонна.
А толщина нашего покрытия, обеспечивающего полную сохранность техники, составляет всего 20-30 микрон. Экономия очевидна, поскольку пленка практически ничего не весит. Ровное по толщине покрытие идеально повторяет все формы изделий, не оставляя зазоров и пустот. Даже если есть поры и микротрещины, полимер все равно в них проникнет. К тому же он незаметен для глаз. Правда, цена нашей новинки достаточно высока, поскольку исходное вещество – мономер – стоит дорого. Ведь сами мы его не производим, а закупаем за рубежом, хотя некоторые мономеры наши химики и научились синтезировать. И все же достоинства технологии явно “перевешивают”. Ведь там, где нужна сверхнадежность – в авиации, космической отрасли, – новое покрытие незаменимо. Оно на порядки превосходит лучшие лаки и защищает детали микроэлектроники в течение всего срока их службы. Еще одно очень важное преимущество, повторю, детали и узлы, покрытые нашей пленкой, можно ремонтировать…
Само действо происходит в небольшой установке. В вакуумной камере находятся печатные платы. К камере присоединена пиролизная труба (температура в ней – 650 градусов), по которой поступают пары активированного мономера. Попадая на охлажденную поверхность, мономер полимеризуется, образуется полимерная пленка – так происходит напыление (осаждение). Кажется, все очень просто. Но это только с виду. Необходимо выдержать определенную температуру, да много чего еще нужно, чтобы достичь высочайшего качества покрытия.
Наша технология может работать в самых разных областях. Например, для защиты старинных книг (подобные установки существуют в Библиотеке Конгресса США) – даже опытный химик не заметит, что на их страницы нанесено покрытие. Потому нельзя отличить два кусочка кожи Катандинского халата: тот, что покрыт полимером толщиной порядка одного микрона, и тот, что ждет своей очереди. Пленка не только делает кожу в разы прочнее – она пропускает воздух, благодаря чему кожа “дышит”. А потому снова становится мягкой и гибкой, будто выделана только что. Причем пленка не ламинирует поверхность. Теперь кожа будет жить чуть ли не вечно, если, конечно, неукоснительно соблюдать условия хранения.
Методика напыления полипараксилилена была, например, применена для изготовления нагревательного элемента главного зеркала телескопа космического базирования. Но едва ли не основное ее назначение – разработка микрочипов. Необходимо подобрать исходный мономер и на наноуровне сделать покрытие, в разы превосходящее все традиционные пленочные диэлектрики. Для достижения этой цели был создан мономер, содержащий фтор. Материал, очень похожий на тефлон. Но при этом удалось устранить его “слабое место”: традиционный тефлон имеет очень плохую адгезию (плохо приклеивается).
Полимер может сочетаться с металлами, образуя композиты с поистине необыкновенными свойствами, например, оптическими. Это сделает их незаменимыми в фундаментальных исследованиях: с их помощью будут получать уникальные оптические среды, наблюдать редкие физические эффекты. А еще изготавливать многослойные интерференционные фильтры для бурно развивающейся полимерной оптики, которая способна заменить дорогостоящее стекло в различных оптических системах.
ОАО “Объединенная авиа­строительная корпорация” – наш главный заказчик – безусловно, заинтересована в освоении нового метода защиты микросхем. Но непростое это дело – поменять отработанную, годами используемую технологию. Для этого нужно время. Надо утвердить и ввести новые стандарты, сделать оснастку… Есть сложности и с изготовителями. Предприятия хотят сами проводить испытания, хотя мы предоставляем авторитетные заключения. Поэтому внедрение идет, но, я бы сказал, довольно неспешно.
А пока мы совершенствуем химический метод напыления, объединив две операции в одну, благодаря чему наш полимер прилипает, можно сказать, намертво. Отрабатываем новые способы его нанесения на подложку… И, конечно, занимаемся реставрацией реликвии. Думаю, года через два вернем Катандинский халат Историческому музею. Ему еще предстоит долгая жизнь.

Записал Юрий ДРИЗЕ
Фото Марины Лысцевой

Нет комментариев