Тайна стекла. Продолжение.
Спор о сущности стекловидного состояния, в конце концов, привел к еще одному чрезвычайно интересному открытию. Был найден способ управляемой кристаллизации, который дал совершенно новый класс материалов – фоточувствительные стекла. Они родились на стеклозаводах в небольшим городке Корнинге в штате Нью-Йорк. Эти заводы существуют уже около 100 лет и за это время превратились в крупнейший центр по выработке специального технического стекла.
Создание светочувствительных стекол связано с именем доктора Стуки, который начал с глубокого изучения некоторых особенностей окрашивания рубинового стекла.
Еще в старину во всем мире славились чешские рубиновые стекла. Их глубокий красный цвет был обусловлен добавкой золота или меди к расплавленной стекломассе. Чешские мастера знали, что со временем под действием солнечного освещения рубиновое стекло меняет оттенок — его цвет становится более «густым».
Подобные явления исследовались и в Корнинге. Оказалось, что изменение оттенка рубинового стекла происходит после освещения ультрафиолетовыми лучами и при последующей термической обработке. Тщательно изучив это явление, доктор Стуки установил, что и здесь причиной является кристаллизация.
После термической обработки, так же как и в стеклокерамике, происходит изменение структуры, но оно происходит только в тех участках, где ультрафиолетовые лучи произвели предварительную подготовку. Исследования показали, что именно золото и медь — добавки, определяющие красный цвет,— создают светочувствительность. Светочувствительность резко повышалась при использовании небольших добавок церия. Светочувствительное стекло чем-то напоминает фотографическую пластинку, но пластинку без эмульсии, где изображение закрепляется не на поверхности стекла, а в его глубине. Возможность создания трехмерного изображения в большой степени определила спрос на новый материал. Из него можно было делать детали механизмов со сложными рисунками и сетками, миниатюрные, точные по размерам детали для оптических и электронных приборов.
Популярность нового стекла еще больше выросла, когда выяснилось, что рекристаллизованные части растворяются в плавиковой кислоте в миллион раз лучше, чем части не облученные, оставшиеся стеклом.
Светочувствительное стекло — фотоформ — особенно обрадовало специалистов по электронной технике. Они перенесли на пластинку фотоформа рисунок печатной радиосхемы, проявили его путем нагревания – до 650°С, вытравили в глубину и залили получившиеся канавки токопроводящим металлом. Печатный контур был готов; отверстия для прикрепления его к прибору «высверлили» с точностью до 5 микрон протравкой стекла во всю его толщину. Точность «сверления» достигала 5—7 микрон! Эта новая техника «сверления» позволяла на стеклянном квадратике со стороной 2,5 мм «высверлить» 10 тысяч отверстий с точностью, не доступной никакой другой технологии. Для кинескопов цветного телевидения были созданы маски с 300 тысячами тончайших отверстий.
Дальнейшим достижением управляемой кристаллизации стала светочувствительная керамика, сохраняющая свои свойства вплоть до 550° С.
Создание фотокерамики — дело случая, но, по-видимому, закономерно, что этот случай пришел именно к неутомимому и упорному доктору Стуки. Во время одного из своих многочисленных экспериментов он забыл в лабораторной печи кусок фотоформа. Лаборант по ошибке перегрел печь градусов на 300 (!). К всеобщему удивлению, вместо лужицы расплавленной стекломассы из печи извлекли твердую керамическую пластинку — первый образец фотокерама.
Фотостекло и фотокерамика нашли применение во многих областях техники — в полиграфии, оптике, хемотронике, ракетной технике и, конечно, в микроэлектронике. Список потребителей непрерывно расширялся. А тем временем на арене появились новые замечательные материалы, новые «потомки» загадочного стекла.
Изобретения из области чудес
Исследования свойств и возможностей светочувствительных стекол развиваются со скоростью, достойной нашего ракетного века. Один за другим мы получаем сюрпризы, описание которых могло бы украсить старинную сказку или фантастический роман. К числу таких изобретений можно отнести «автоматические шторы» — оконные стекла, которые темнеют под действием солнечного света. Светочувствительные окопные стекла в окнах здания ООН пропускают в тени 86% видимого света. Под действием солнечного освещения эти стекла уже через 30 секунд пропускают 50%, а через 52 секунды — всего 28% света. Если прекратить облучение, то уже через минуту стекла полностью восстанавливают свою прозрачность.
Появляются и другие чудеса, например, стекла, которые под действием света меняют не только прозрачность, но и цвет. Светотехника получает стекла, создающие направленный поток света. Для микроэлектроники большую ценность должно представлять новое стекло, которое под действием облучений меняет свою электропроводность и становится либо изолятором, либо проводником. Из такого стекла фотоспособом можно создать сложную электронную схему, с разветвленными проводящими цепями без проводов. И все это, по-видимому, только начало. Проникая вглубь неизведанной территории — исследуя структуру пока еще загадочного стекла,— наука, несомненно, встретит на своем пути много замечательных сюрпризов.
Автор: Ярослав Марка.