Не лучше ли сразу высказать рискованный каламбур, возникший при знакомстве с наукой о поверхности? Химики-поверхностники обладают самыми неповерхностными знаниями о том, что лежит на поверхности. На ней чаще всего в буквальном смысле слова лежит многое.
Вероятно, нет наук, не задумывающихся о своей истории. Поверхностники нашли в прошлом факт пристального взгляда на кусочки древесного угля. Еще в конце восемнадцатого века некоторые ученые наблюдали, с какой потрясающей жадностью угольки поглощают газы. Почему? У кусочков активированного угля феноменально развитая поверхность, он весь пористый, как бы состоит из одних поверхностей, которые активно, но в то же время выборочно притягивают газы. Оттого-то и применил известный русский химик Зелинский активированный уголь в противогазе. Хрестоматийный случай использования знаний о поверхности на практике.
Польский юморист Ежи Лец оставил нетленную остроту (ее можно бы повесить у входов в научные лаборатории): «Скользить по поверхности можно только в балете на льду!» Автор этого очерка надеется привлечь внимание молодых пытливых исследователей из разных областей науки и техники к науке о поверхности, позвать их принять участие в долгожданном штурме тайн природных явлений, попавших в круг формирующейся дисциплины.
Теперь в химическом стакане или в банальной колбе ученые делают не столько науку, сколько заваривают чай и готовят кофе. Химию и физику помогает совершенствовать поистине могучая лабораторная техника. Мне показывали редкий снимок. Ошеломляющее впечатление производит фотография проектируемой установки неразрушающего контроля поверхности!.. Ее смонтируют в здании высотой, по меньшей мере, с двухэтажный дом, она будет вся облеплена, словно космический корабль перед стартом, электронными блоками и прочими вспомогательными устройствами, заглядывающими куда-то в середку этого инженерного сооружения. Мне поясняют: там, внутри установки, в камере, будет помещаться обычно либо целая машина (она, как правило, изготовлена в единственном экземпляре) или туда введут вал быстроходной турбины, который никак не тоньше столетней сосны. Сколько может стоить такая богатырская установка? Мне отвечают: вероятно, не один миллион. Да еще и создать ее далеко не просто. Техника сверхдефицитная. К сожалению, зачастую импортная.
Зачем нужно так придирчиво, применяя различные методы спектроскопии, осматривать машину, пусть и уникальную, или тот же вал турбины? Чтобы машина безупречно работала. Слишком большие надежды на нее возлагают, отправляя ее, допустим, в космос. Ну, и чтобы турбина не подвела. Она не велосипед, не мясорубка, стоит весомо, ее нельзя бесперечь ремонтировать. А представьте, даже легкая, этакая кошачья царапина на гигантском валу может обернуться гибельной трещиной. Бдительность на строгой научной основе, а не на интуиции надо проявить ОТК, который выпускает в свет не утюги, а дорогие и крупные детали ответственных машин. Их пуск инженеров волнует не меньше, чем премьерный спектакль актеров.
Конечно, такие мощные установки неразрушающего контроля нужны также и для самой науки о поверхности.
Ее долг из практических наблюдений сделать теоретические выводы. Мы привыкли к тому, что ядерщики эксплуатируют непредставимой силы научные приборы — ускорители, синхрофазотроны. Нам еще предстоит привыкнуть к гулливеровским приборам поверхностников, которые должны воочию увидеть то, о чем размышляют. В этом им помогают спектроскопы, это они заглядывают вовнутрь установки неразрушающего контроля.
В природе нет идеально чистых поверхностей. На них всевозможный микросор, в поры исследуемых предметов проникают газы, вода. Этот грязный слой перед анализом должен быть убран. Щетка не поможет. Проводится ионная бомбардировка (кстати, это не метафора, а научный термин), чтобы согнать пестрый, если его проверить по таблице Менделеева, легион атомов-пришельцев с оккупируемой ими поверхности. Сей метод радикален, хорош, но и у него есть недостаток: свойства поверхности при бомбардировке искажаются ионами.
Действуют еще и так. В вакууме образец ломают и смотрят свежий излом. Но природа ни на мгновение не смыкает очей, не дремлет, трудится без раздумий. На изломе в течение часа, хотя тут и глубокий вакуум, межзвездный, появляется остаточный кислород, образуется монослой. Природа не терпит чистоты, неравновесия. Она виртуозно смешивает вещества повсюду, добиваясь равновесия. В этом ее творчество, % ее производительные силы. Кислород всеяден, вездесущ. Никого и ничто не оставляет в покое, расшевеливает. Оттого-то не встретить в природной обстановке чистых металлов, это — чаще всего оксиды. Все окисляется. Правда, не всегда это плохо с практической точки зрения. Скажем, алюминий, окисляясь, защищает себя от более серьезного разрушения возникшей пленкой. А нам пленка кислорода на изломе образца никак не нужна. Она помеха при изучении переломленного в вакууме образца.
Изучение поверхности твердых тел напоминает обследование Марса. И в том и в другом случае нельзя разглядеть подробности невооруженным глазом. Астрономы нацеливают на планеты Солнечной системы телесколы. Поверхностники вглядываются в образцы с помощью оптического или растрового микроскопа, используя спектральные методы анализа.
Итак, что же там, на поверхности корунда? Микрорельеф удивительно многолик: видна слоистость, блоки, четырех- и трехгранные ямки, ромбоиды, пирамиды и другие своеобразные структуры. Парад геометрии! Неведомая планета на лабораторном столе. Наблюдение идет словно бы с борта космического корабля. Но есть ли что-нибудь типичное для корундовой поверхности? Или природа демонстрирует изящные импровизации? Есть! Это характерные сколы кристаллов, ручьистые, как овраги, узоры, волнистые линии, ступени. Это все? Да. Сенсационных открытий пока не состоялось. Проведена очередная черновая работа. Идет накопление сведений. Наука должна знать, что лежит на поверхности всех материалов, в той или иной степени важных для техники. Иначе как склеивать одну поверхность с другой, не зная свойств микрорельефа?
Как видите, поверхностники вооружены самыми тонкими методами исследований и сложной научной аппаратурой. Однако масштабное конструирование ее в стране лишь разворачивается. Уральский научный центр организовал в Устинове физико-технический институт, там будут изобретать технические средства для изучения поверхности твердых тел. Чтобы не покупать фантастически сложные и дорогие установки за границей.
Так что же потянуло уральский росток новой науки вверх, какой социальный заказ выполняют физики и химики? Доктор химических наук, заведующий лабораторией поверхностных явлений Института химии УНЦ Владимир Иванович Кононенко знакомит меня с уральской программой «Поверхность». Организация науки — тоже наука. Чрезвычайно необходимая, продуктивная. Тут сильные таланты не менее нужны, чем ведущим отраслям науки способные физики, математики.
1979 год — веха в истории академической науки. Президент А. П. Александров сформулировал тогда руководящую мысль о прямом выходе академии, на решение накопившихся проблем промышленности. Нет, ученых он призывал не для оперативного вмешательства. Речь шла в его докладе об усилении влияния академической науки на экономику. В стране около 1 миллиона 400 тысяч научных работников. В вузах — полмиллиона, в академии — 50 тысяч. Остальное — отраслевые институты. Самый большой сектор отечественной науки, но не самый результативный… Ему предъявили претензии. Отраслевики (не все, разумеется) склонны решать мелкие проблемы, крупные-—тормозили промышленность. Вероятно, тут без психологии ничего не объяснишь. Отрасль выполняла план, отраслевой институт помогал ей в этом. Все в порядке, все премированы. Заводы и институты довольны друг другом. Но ведь отраслевая наука имеет еще одну цель: решительно двигать производство по пути прогресса.
Ныне академия, ее филиалы и центры,— главный координатор науки. Точнее, становится им. В такой исторической ситуации мы рассказываем про науку о поверхности. У нее необозримый фронт работ. Хотя бы в борьбе с коррозией. Размах антикоррозионной борьбы титанический. Страна ежегодно производит 150 миллионов тонн стали; в это же время коррозия успевает съесть десятую часть. Металл безвозвратно гибнет во всех средах. Значительный объем составляют косвенные потери — в процессе металлообработки, транспортировки и т. д. Оптимистический прогноз: наука уже тепер
