Неорганические полимеры, полупроводники и чистые вещества

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Неорганические полимеры важны для нас в первую очередь потому, что на их основе можно создать эластические материалы со значительно более высокой теплостойкостью, чем у органических и даже элементоорганических полимеров. Известно, что при очень длительном воздействии температуры органические полимеры разлагаются при 150°, а элементоорганические (силиконы) — при 220. При непродолжительном нагревании эта температура повышается для органических полимеров до 400, для элементоорганических — до 500. Свыше этих температур органические и элементоорганические полимеры не «работают», и надежда только на неорганику. К сожалению, надежды не всегда быстро сбываются, во всяком случае, пока чисто неорганических полимеров нужных качеств еще нет.

Среди неорганических соединений имеется большое количество таких, которые устойчивы при температурах 1 500—2 000° и выше. Однако все они не обладают эластичностью. Главная трудность заключается в получении таких веществ, которые сочетали бы эластичность и теплостойкость в значительном температурном интервале. По-видимому, решение этой задачи кроется в создании новых типов неорганических соединений цепочечного строения.

В сущности, кварц и природные алюмосиликаты являются природными неорганическими полимерами, однако они пространственно структурированы, то есть как бы сшиты в каждом элементарном звене цепи. Это и является причиной их неэластичности. Основная задача, таким образом, заключается в регулировании количества поперечных связей и получении линейных неорганических полимеров. Это можно осуществить либо путем соответствующих воздействий на природные алюмосиликаты и кварц — путем их красшивания, — либо специальным синтезом линейных неорганических молекул. А для этого, в свою очередь, необходимо уметь синтезировать неорганические соединения, пригодные для обрамления главной неорганической полимерной молекулы.

Неорганические полимеры можно получать и некоторыми другими путями. Можно раскрывать чисто неорганические циклы, как, например, при синтезе фосфонитрилхлорида. Можно строить линейный полимер из циклических неорганических соединений. Наконец, можно было бы попытаться обрамлять некоторые элементы в основной цепи двухвалентными обрамляющими группами, например, кислородом. Естественно, в этом случае боковые подвески будут привязаны уже не одной связью, а двумя.

Сейчас выдвинут новый перспективный метод придания эластичности полимерам. Суть его заключается в том, что полимерные молекулы сшиваются во всех трех пространственных направлениях; но не в каждом звене, а на больших расстояниях друг от друга. Тогда такие, как их называют, циклосетчатые полимеры, сохраняя прочность, которую дает им сшивание, приобретают и эластичность, обусловленную многозвенностью мостиковых связей.

ПОЛУПРОВОДНИКИ

Задачи химического исследования в области полупроводников сводятся к следующему. Для использования полупроводников в различных приборах необходимы материалы с весьма разнообразными электрофизическими характеристиками. Создание эффективно действующих выпрямляющих радиотехнических устройств связано в первую очередь с высоким временем жизни носителей тока, а оно определяется чистотой и совершенством структуры материала и состоянием его поверхности. В некоторых областях к полупроводникам предъявляют и специальные требования. Так, например, для преобразования тепловой энергии в электрическую необходимо сочетание высокой подвижности носителей тока с малой теплопроводностью решетки.

Отсюда следует, что химики должны, с одной стороны, разрабатывать методы очистки известных соединений, а с другой — синтезировать новые вещества, обладающие полупроводниковыми свойствами.

В области синтеза полупроводниковых соединений эффективность работы была бы существенно повышена, если; бы удалось разработать теорию, связывающую строение и природу химической связи полупроводников с их электрофизическими свойствами. В области изучения химической связи в полупроводниковых веществах у ведется сравнительно небольшое число работ. Однако развитие идей академика Л. Ф. Иоффе привело к установлению некоторых общих закономерностей образования полупроводниковых соединений, а также к открытию стеклообразных полупроводниковых веществ на основе сульфидов и теллуридов. Они уже находят применение в радиоэлектронике как материал для фотосопротивлений.

Важным направлением в этой области являются также работы по приданию поверхности полупроводников определенных свойств. Это сделает полупроводниковые приборы вполне стабильными в условиях эксплуатации.

ЧИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА

Получение чистых веществ, свободных от примесей,— задача, которая касается не только создания полупроводниковых материалов. Освобождение таких, казалось бы, хрупких металлов, как бериллий или висмут, от следов кислорода делает их пластичными. Атомное горючее — это чистое вещество без нейтроноактивных примесей; цирконий в свое время был забракован в качестве конструкционного материала в атомной технике лишь на том основании, что нейтроноактивными были следы в нем гафния. Также и лазеры требуют самой тщательной очистки от элементов примесей.

Но не только в технике все время усиливаются требования к чистоте вещества, не меньшее значение она приобрела сейчас в биохимии и медицине. Следы какого-нибудь металла, например, цинка, в препарате антибиотика блокируют его активные физиологические группы, и антибиотик становится негодным.

Сейчас в науке ясно обозначилась тенденция: изучение и использование новых свойств вещества, обнаруживаемых по мере его совершенной очистки. Химики пошли еще дальше: в некоторых случаях они не довольствуются чистым элементом, а ведут исследования только с его отдельными изотопами.

Все это вместе взятое, выдвигает огромные задачи по разработке методов получения ультрачистых веществ. Необходимо усилить исследования различных методов разделения веществ, таких, как зонная плавка, экстракция, хроматография и многие другие.

Задача получения предельно чистых веществ тесно связана с разработкой методов контроля чистоты. Необходимо разработать быстрые и точные методы неорганического анализа. Причем основное развитие должны получить физические и физико-химические методы анализа, такие, как масс-спектрометрия, радиоспектроскопия, инфракрасная спектроскопия, радиоактивационный анализ, электрохимические методы анализа.

Автор: Н. Н. Семенов.