Техника - молодёжи 1988-07, страница 7

фото 6. Обычная (с л е в а) и развитая поверхность кристаллов» пятиокиси ванадия. Прямоугольные полые трубки (н а снимке справа) формируются после того, как с помощью лазера создаются неравновесные условия для роста кристаллов. Пример технологического процесса с использованием закономерностей синергетики.

Ф о т о 7. Такая беспорядочная структура получается при испарении пятиокиси ванадия лазерным пучком с гладким профилем. Хаос возникает «без всякой видимой причины».

Р и с. в. Фронт сублимации (и фронт горения) на поверхности тонкостенных цилиндрических образцов, нагреваемых лазерным излучением, движется винтообразно. Линии (справа) показывают положения этого фронта в разные моменты времени. Специалисты называют такой режим спиновой (вращательной) сублимацией, или спиновым горением.

Между прочим, подобное явление можно увидеть не только в научной лаборатории. Сходным образом может идти процесс горения обыкновенного полена.

«ДЕМОКРАТИЯ» В ТЕХНОЛОГИИ

Оказывается, далеко не всегда нужно «железной рукой» подавлять склонность материалов к структурообразованию. Если хорошо изучить закономерности самоорганизации, можно разработать такой технологический процесс, в котором среда сама, без всякого «нажима» решает сложнейшие производственные задачи.

Появился необычный термин — химическая кибернетика. Вещество, из которого мы хотим получить некий продукт, по заданной технологом программе пере

ходит в режим с максимальным выходом продуктов реакции.

Пример такого процесса — сушка по-лиимидных пленок лазерным нагревом. Для того чтобы они получились прочными, из них нужно удалить как можно больше избыточных молекул воды. В термостате удавалось их «осушить» лишь на 70—80 %. Когда температуру повышали, чтобы вытянуть оставшуюся влагу, начиналась термодеструкция (разрушение структуры) полимера

И вот, решили обрабатывать полии-мидную пленку лазерным лучом. Молекулы воды хорошо поглощают инфракрасное излучение СОг-лазера. Среда нагре

вается до такой температуры, что избыточная влага испаряется практически вся. Но как только вода ушла, сразу же падает температура пленки. Поскольку процесс идет очень быстро, полимер не успевает разрушиться.

Подобного эффекта можно теоретически достичь и «методами директивного управления» — менять температуру пленки по заранее рассчитанной программе. Однако неизбежные вариации химического состава и толщины пленки неумолимо приведут к тому, что всю партию придется отправить в брак...

А вот пример того, как технологи используют неравновесные процессы в кристаллах. На снимках (фото 6) вы видите поверхности кристаллов уже хорошо знакомого нам вещества — пятиокиси ванадия. В первом случае кристаллизация проходила в «спокойных» условиях, при малых пространственных перепадах температур. Получились пластинчатые кристаллы с плоской поверхностью. Во втором же случае спокойному росту кристалла помешало лазерное излучение. В итоге — вместо пластин появилось множество полых прямоугольных труб. Площадь поверхности у такого кристалла в 10 тыс. раз больше, чем у первого!

Пятиокись ванадия используется в качестве катализатора. Но чем больше эффективная поверхность, тем выше каталитическая активность вещества. Целесообразность неравновесной технологии получения катализаторов — налицо.

Развитие неустойчивостей при росте кристаллов приводит иногда к появлению столь экзотических структур, что их фотографии вполне можно использовать в качестве иллюстраций к фантастическим произведениям. Один из подобных «космических пейзажей» мы использовали в качестве заставки для статьи...

ЧТО БУДЕТ ЗАВТРА?

Еще не так давно за синергетикой не признавали права называться наукой. И хотя ее последователи не подвергались столь явным гонениям, как в свое время приверженцы кибернетики и генетики, однако некоторые твердокаменные философы не преминули заявить, что это идеологически вредная, в корне неверная буржуазная теория.

Что ж, мы специально заострили внимание читателей на прикладных вопросах, на том, как синергетика используется в народном хозяйстве.

Вопрос о том, нужно ли изучать явления самоорганизации материи, не имеет смысла. Это все равно, что спросить: нужно ли знать законы природы? С помощью генетики мы начали познавать механизм наследственности. Может быть, синергетика позволит открыть универсальные законы изменчивости и эволюции. Именно с теорией самоорганизации связывают надежды на разгадку тайны мышления, на создание искусственного интеллекта. Не исключено, что синергетика ответит: почему и как образовалась Вселенная.

5