Элементы строения. Как химия решает актуальные задачи
«Господин Бородин, поменьше занимайтесь романсами; на вас я возлагаю все свои надежды, чтобы приготовить заместителя своего, а вы думаете о музыке и двух зайцах», — так писал своему ученику Александру Бородину Николай Зинин, академик, знаменитый русский химик-органик. Бородин же не бросал ни химии, ни романсов, впоследствии стал близким другом Дмитрия Менделеева, а также великим русским композитором, участником «Могучей кучки» и автором монументальной оперы «Князь Игорь». С момента рождения Бородина прошло почти 190 лет, но до сих пор связь химии и музыки не доказана. Доказано другое: сегодня, как и тогда, любимых дел может быть несколько. Для проекта «Нау» профессор РАН, доктор химических наук и главный научный сотрудник химического факультета МГУ Алексей Бобровский дал фактически два интервью: в качестве химика он рассказал о том, что такое жидкокристаллические полимеры и как они применяются, а в качестве барабанщика — о своем увлечении музыкой и о том, что для него значит техно.
Сущность: человек внутри и снаружи
Внутри

Мы ежедневно имеем дело с полимерами. Это могут быть самые разные материалы и покрытия. Сейчас все что угодно делают из полимеров, например полиэтиленовые пакеты в супермаркетах. Если вы подойдете к зеркалу и посмотрите на себя, то вы также увидите полимеры. Все, из чего состоит наше тело (кроме воды),
в основном представляет собой полимеры. Полимеры бывают очень разные: простые, как пластиковый пакет, и очень сложные, например ДНК, в которой закодирована генетическая информация.
Снаружи

У человека, на самом деле, есть два природных состояния: лежать
и спать или идти. Древние люди просыпались и шли, постоянно двигались в поисках еды. И танец — это одна из форм этого движения. Прежде танец носил ритуальные формы, а теперь это отдых. В современном мире мы много проводим времени сидя,
это понижает жизненный тонус. Техно — это один из самых разнообразных стилей, оставаясь в его рамках, можно делать очень многое. Эта музыка может быть очень интересной и сложной, с одной стороны, а с другой — она практически всегда танцевальная, это основной ее признак. Во время выступлений техно-музыкантов люди приходят, танцуют, уходят и возвращаются. В этом состоянии идет обмен, взаимодополнение энергией.
Время: прогресс и возвращение к основам
Прогресс

Жидкокристаллические полимеры были синтезированы одновременно в двух лабораториях в начале 1970-х.
Одна находилась в Советском Союзе, другая — в Германии.
В это время возник огромный интерес к жидкокристаллическим полимерам — на их основе можно было получать «живые» пленки, которые перемещаются под воздействием света — это могло стать прорывом в науке.
«Живые» пленки называются жидкокристаллическими термо- или фотоактюаторам. Это термин, обозначающий материал или устройство, способное под действием внешних сил каким-то образом перемещаться из-за того, что энергия тепла и света переходит в механическую работу. Материал или устройство начинает каким-то образом перемещаться.
Основы

Когда в 80-х годы XX века появились электронные барабаны и драм-машины, все боялись, что они заменят человека и акустические барабаны исчезнут. Электронные проще записать и свести. Тем не менее прошли годы и все по-прежнему играют на акустических барабанах, их звук неподражаем и незаменяем, хотя это один из первых музыкальных инструментов, придуманных человеком.
При этом прогресс внутри индустрии огромен, растет мастерство барабанщиков. Это схоже со спортом. Спортивное мастерство постоянно растет, и сейчас достижения великих мастеров спорта столетней давности сможет повторить любой спортсмен. Тот же феномен мы наблюдаем с барабанной игрой.
Новые формы

Еще в 90-е годы XX века были получены разные термоактюаторы, которые под действием тепла меняют свою форму, сокращаясь за счет перехода из жидкокристаллической в неупорядоченную фазу. Затем были получены разные образцы, которые могут принимать самые разные формы.
Классификация полимеров
по природе мономерного звена

Полимеры — высокомолекулярные соединения,
построенные из большого числа повторяющихся
элементарных, или мономерных, звеньев.

Органические

— природные:
простые (натуральный каучук, целлюлоза)
сложные (белки, нуклеиновые кислоты)

— синтетические:
карбоцепные (полиэтилен, полистирол)
гетероцепные (полиамиды, полиэфиры)

Неорганические

— элементоорганические (силоксаны, полифосфазены)
— неорганические (полифосфаты, полисиликаты)

Действие: успех — результат поиска
Успех

В 1990-е годы гитаристов было полно, не хватало нормальных вокалистов и практически не было барабанщиков, так что в середине 90-х годов было так: я одновременно репетировал с шестью группами и ездил на репетиции каждый день. Со временем я начал «выращивать» свою барабанную установку, она становилась все больше и больше, я стал играть сольно. И в какой-то момент до меня дошло: надо играть техно. Начиная с 2013–14 годов я стал играть техно на барабанах.

Искусственная муха. В 2009 году была опубликована статья, в которой описана следующая конструкция:
если закрепить пленку актюатора в направлении перпендикулярно лазеру и начать облучать сбоку, то эта пленка начинает сгибаться в сторону к свету и сгибается настолько, что в какой-то момент противоположная поверхность этой пленки подпадает под пучок лазера и пленка начинает разгибаться. Таким образом можно добиться периодической осцилляции (колебаний) этой пленки. На основе такого полимерного материала можно сделать крылья и получить, например, искусственную полимерную муху.

Поиск возможностей

Изучая возможности термоактюаторов, ученые обратили внимание на то, как «работает» растение венерина мухоловка — если насекомое попадает на внутреннюю часть лепестков, то они очень быстро закрываются и растение переваривает насекомое. Было решено сделать некий аналог на основе полимера. Для этого ученые взяли полимерную пленку и приклеили ее к оптоволокну. Оно проводит свет и у него есть «поле зрения» — угол, на который свет распространяется, выходя из волокна. Если насекомое попадает в поле зрения, оно начинает отражать свет и он падает на верхнюю поверхность этой пленки. За счет такого облучения полимерная пленка очень быстро сгибается и может захватить насекомое. Пленку попробовали использовать для распознавания и захвата объектов. Если подносить такую конструкцию к прозрачному или зачерненному кубику, то ничего не происходит. Если поднести такое устройство к кубику, который отражает свет, то оно захватывается этим полимерным захватом. Объект может и передвигаться, устройство все равно захватит его и отпустит, только есть отключить свет.
Состояние: постоянное изменение и внутренний ритм
Изменения

Полимерную пленку легко смять, растянуть, поэтому у ученых возникла идея заставить ее сминаться под внешним воздействием, например воздействием света. Для этого нужно, чтобы в пленке был жидкокристаллический порядок и молекулы были способны под действием света претерпевать какие-либо превращения
(это называется фотохромизм). Из школьного курса мы знаем,
что, если нагреть кристалл до определенной температуры,
он расплавится в неупорядоченную жидкость.
Например, при нуле градусов лед превращается в воду.
Ритм

Человек также может переключаться между разными состояниями. Например, и у ученых, и у музыкантов ненормированный рабочий день, потому что они включены в это состояние и вдохновение приходит, когда угодно. Научные статьи удобно править в метро.
Там тоже есть ритм — современный, индустриальный, похожий на современную музыку. В этом плане техно отражает то, что нас окружает. Можно сказать, академическая музыка — это музыка леса,
а техно — это современного города. В отличие от другой музыки, техно не эмоционально, оно передает энергию: спокойную, замедляющую, заставляющую думать.
Будущие возможные применения
кристаллов и полимеров
Умные окна
без включенного напряжения они непрозрачные,
а если подать напряжение, то стекло станет прозрачным.


Сенсоры
приборы, чувствительные к внешним воздействиям — например
к загрязнениям среды какими-то веществами. Жидкие кристаллы
легко меняют ориентацию молекул, благодаря этому можно
сделать устройства, которые при наличии небольших следов
вредных загрязнений смогут отследить и зафиксировать
это вредное вещество.


Насосы и затворы
нанотехнологии в химии и медицине — термоуправляемые полимерные материалы могут использоваться как насосы и затворы, которые контролируют перемещения жидкостей в микрофлюидных устройствах. Микрофлюидика (микрогидродинамика) — междисциплинарная наука, которая описывает поведение малых объемов и потоков жидкостей. Микрофлюидика охватывает разные области знаний — физику, гидравлику, динамику, химию, биологию и инженерию.

От редакции
В России во второй половине XX века существовал регулярный журнал "Химия и жизнь". Это название оказалось очень удачным и стало очень популярным — химия действительно очень тесно связана с жизнью, и мы надеемся, что этот материал даст повод задуматься о том, насколько тесно переплетены между собой наука и повседневность. Чтобы наши читатели могли чуть поглубже изучить темы, поднятые в статье, мы спросили у Алексея Бобровского, что почитать о жидкокристаллических полимерах и что послушать, чтобы разобраться в техно.
Разобраться в техно :
Byetone
Kwartz
Rrose