И.С. ИКАРОВ
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ  НОВОГО РАЗДЕЛА НАУКИ, ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ. МОЛЕКУЛЯРНАЯ АВИАЦИЯ

Афтореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата (а может и доктора, как получится) нанотехнических наук по специальности 02.00.00 (секретные приспособления аномальной надежности)

Научные неруководители – заслуженные деятели науки и техники: 
И. Сикорский, А.Ф. Можайский, К.Э. Циолковский
 
Официальный оппонент
Лев Ченков. См.: отзыв оппонента 
 
                                                                                            «Хочешь жить – умей вертеться!»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время широко известно, что основным принципом при создании нефте-, газо- и фекалиепроводов является последовательное состыкование полых цилиндрических конструкций с соотношиением длины к ширшине большей единицы (а иногда и двух). Иногда такие приборы именуют специально придуманным для этой цели тэрмином. Труба.

В свете последних достижений человечества, все чаще вглядывающегося в макромир и приглядывающегося к микромиру, появилась новая научно-техническая отрасль. Речь идет о нанотехнологии. Одним из первых подтерминов в данной прогрессивной отрасли было введено понятие «нанотрубка». Это очень маленькие, меньше инфузории, трубочки, из которых вполне возможно построение нанотрубопроводов для нужд молекуловидных частиц, называемых в народе корпускулами.

Однако, задача построения нано-трубопровода требует незамедлительного решения обширного круга вопросов, носящих вспомогательный характер и касающихся построения технологических алгоритмов по сборке самих нанотрубок в протяженные длинности посредством состыковки. Такими вопросами являются:

   – вопрос о рабочей силе;

   – вопрос о транспорте.

Первый вопрос (рабочая сила), легко решается с привлечением опытных нано-дрессировщиков, способных обучить нехитрому делу сборки конструкций различные микроорганизмы, которыми кишит мир молекул и атомов. Разумеется, последнее слово здесь мы ждем от микрозоологов. Однако, нелишне напомнить, что инфузории для этого дела вряд ли годятся ввиду давно установленной бестолковости последних. Думается, что необходимо вовлечь в этот созидательный процесс вирусов. Во-первых, их больше чем бактерий и инфузорий. Во-вторых, в этом случае комплексно решается и другая гуманистическая задача. Так, при должной организации дела, у вирусов, вовлеченных в строительство (при некотором критическом значении степени интенсивности труда) не будет оставаться сил на выполнение основной функции, возложенной на них природой, и состоящей в распространении заразы. Таким образом, могут полностью быть искоренены такие опасные для общества вирусные заболевания, как гепатит (А, Б, Ц), свинка и плоскостопие.

Перейдем ко второму вопросу, ибо суть данной работы касается как раз второй части задач. Итак, транспорт.

Часть первая. ЧТО МЫ ИЩЕМ?

Общеизвестно, что при строительстве трубопроводов широко используется транспорт. Речь идет, разумеется, не о трамваях, а об авиации. И, прежде всего, о вертолетах и воздушных стратостатах, именуемых еще дирижаблями, или, что почти то же самое, Цеппелинами. (Кстати, немногие знают, чем дирижабли отличаются от Цеппелинов: последние значительно лучше горят).

При проектировании нано-вертолетов необходимо учитывать следующие обстоятельства.

1.  Материал из которого предполагается осуществлять строительство крылатых наномашин должен содержать железо, как и в случае строительства обычных винтокрылых бестий.

2.  Материал, из которого будут производиться нано-вертолеты и нано-автожиры должен иметь малое сопротивление к дроблению, поскольку необходимые для выполнения поставленных задач размеры летательных механизмов предполагают возможность свободного перемещения в межмолекулярном пространстве (подобно той юркости с которой перемещаются в социуме упомянутые выше вирусы, вообще говоря, не склонные к оседлости). В связи с этим лучше использовать для целей нано-авиастроения самые маленькие кусочки вещества. Как известно минимальной порцией любого вещества является молекула, поэтому крайне важно сосредоточить поиск материала, пригодного для построения нано-аэропланов, среди молекул.

3.  Материал, из которого будут производиться нановертолеты и наноавтожиры должен иметь высокое сопротивление к дроблению, поскольку любая винтокрылая машина должна сохранять известную прочность при неизбежных падениях. Как известно, вещество можно дробить лишь до молекулярного состояния, после чего энергетика дальнейшей деструкции приобретает более высокие порядки. Поэтому крайне важно сосредоточить поиск материала, пригодного для построения наногеликоптера, в сообществе молекул.

4.  Предполагаемая к использованию молекула должна быть импортного производства. Молекула простокваши для этой цели не пригодна.

5.  Предполагаемая к использованию молекула должна иметь конструктивные особенности, позволяющие разным ее частям свободно вращаться, подобно тому, как кабина обыкновенного вертолета вращается относительно винта.

Всеми этими особенностями обладает хорошо изученная молекула дициклопентадиенилжелеза, который по-фински называется ферроцен. (h55Н5)2Fe.

Ферроцен (импортный) Во-первых. Если название не врет, то молекула содержит железо.

Во-вторых. Ферроцен является не только веществом, но и молекулой.

В-третьих. (См. позицию «Во-вторых»).

В-четвертых. Молекула эта английского производства (ее родителем является английский ученый Кили Посон [1]).

В-пятых. Энергетический барьер вращения колец ферроцена относительно главной оси не превышает 15-16 ккал/моль [2], что по калорийности несколько превосходит отечественную колбасу, но все же уступает кетчупу, которым и предполагается производить ее активацию, в случае если другие методы (о них ниже) окажутся непригодными.

Таким образом, задача выбора материала для строительства первого в мире наногеликоптера представляется успешно разрешенной.

 Часть вторая. ПЕРВЫЙ НАНОГЕЛИКОПТЕР. ЧУДО ХХI ВЕКА.

Изложим технические подробности.

Как известно, некоторые вертолеты имеют в конструкции винт. Будучи нанизанным на палку и приводимый во вращение электричеством или мускульной силой пилота, он создает сильный сквозняк, увлекающий устройство к облакам (или попросту вверх, если погода ясная).

Придание ферроцену вверх-увлекающих свойств вполне доступно с посредством модификации, производимой химическим путем. Для этого достаточно в нижнее циклопентадиеновое кольцо ввести пять фенильных колец. При этом сам циклопентадиен будет выполнять роль нано-подшипника, а фенильные кольца послужат нано-лопастями.

Необходимо обосновать важность введения именно указанного количества фенильных лопастей. Их должно быть пять. Меньшее количество снизит подъемную силу. Но это не главное. При сокращении количества вводимых лопастей может пострадать прочность устройства ввиду невозможности удовлетворительной балансировки нано-пропеллера.

Многие думают, что фенилировать нужно не нижнее, а верхнее кольцо ферроцена. Это ошибочное и вредное мнение. Нижнее кольцо доступнее. Известно, что настоящие вертолеты (особенно Ми-2) собирают вверх тормашками. От того, кстати, они так иногда и летают.

Кроме того, китайские ученые из пекинского университета в Китае показали, что при фенилировании всегда первым вступает в реакцию именно нижнее кольцо ферроцена. Верхнее же остается нетронутым.

Данному факту не стоит придавать значение, поскольку энергетический барьер переворачивания ферроцена с ног на голову не выше, чем барьер вращения кольцевых лигандов относительно оси пятого порядка.

Эта операция вполне по силам тренированным вирусам, которым и предполагается поручить эту операцию.

Синтез 1,2,3,4,5-пентафенилферроцена был осуществлен не так давно. Это произошло в колбе. Гидродинамичесие исследования, однако, показали, что концентрация данного вещества в верхних слоях раствора (то есть у горлышка бутылки) лишь на 2% превышает ее же на дне сосуда. Из этого следует очевидный вывод, что подъемная сила такого нанопропеллера не велика. И с этим может дискутировать только дурак. Причина малой летучести 1,2,3,4,5-пентафенилферроцена кроется в пи-сопряжении такой системы и, как следствие в ее плоском строении. При этом пропеллерные свойства сводятся практически к нулю (рис 1).

              1,2,3,4,5-пентафенилферроцен Рис. 1 (увеличить).

С целью повышения стремительности взлета наногеликоптера было предложено ввести в орто-положение колец обширные круглообразные заместители – хлор, бром, иод и астат. Вследствие стерического взаимодействия кольцевых орто-заместителей достигается поворот фенильных колец на угол α. При этом решается не только задача сообщения молекуле-стрекозе летательных свойств, но и задача управления данными свойствами посредством варьирования заместителей, которые, как говорят, имеют разные размеры. Может и правду говорят. (Рис. 2)

              1,2,3,4,5-пента-(орто-хлорфенил)-ферроценРис.2 (увеличить).

И действительно, при синтезе 1,2,3,4,5-пентафенилферроцена в присутствии хлорки был получен наномолекулярный летальный аппарат, концентрация которого в верхних слоях графина (теперь опыт проводился в нем) значительно превышала ее же на дне сосуда (табл. 1). Это показала стоксометрия. Причем особенно хорошо летало бромпроизводное, что согласуется с выдвинутым ранее предположением о зависимости пропеллерообразующих свойств пентазамещенного ферроцена от объема (и, к сожалению цены) заместителя.

Астатопроизводное обладало аномальными свойствами и скапливалось на дне ведра. Такое его поведение отнюдь не является обескураживающим, а свидетельствует об опрокидывании наногеликоптера, вызванном слишком большим молекулярным весом атомов астата. В результате астатозамещенное летело в обратную сторону – на дно, демонстрируя свойства не летательного аппарата, а скорее молекулярного батискафа. Таким образом, кстати, возможно создание молекулярной подводной субмарины.

          1,2,3,4,5-пента-(орто-астатфенил)-ферроцен

Рис. 3  Переворачивание наногеликоптера вследствие увеличения веса
нанопропеллера
(увеличить).

 
Данный факт не должен пугать, так как применение астатогелликоптера не планировалось. Кто ж захочет летать на радиоактивном аппарате?!

Наибольшей подъемной силой должно было бы обладать фторпроизводное, которое, однако, обнаружить в растворе не удалось. В первый раз это объяснялось тем, что при эксперименте его сначала забыли поместить в раствор. Во втором случае его концентрация также оказалась равной нулю во всех секторах испытуемого раствора, что связано с вылетом из жидкости, за счет аномально высокой крутимости слишком легкого нано-пропеллера.

Ожидаемое повышение летальных свойств иодпроизводного, по сравнению с бром-производным, зарегистрировать не удалось. Сей факт легко объяснить. Замена брома, на иод, имеющий большие размеры, действительно приводит к увеличению угла поворота нано-лопасти, однако значение угла превышает 45°, что приводит по общим авиастроительным корреляциям, к падению пропеллерных свойств [3, 4].

Нами впервые обнаружена зависимостная корреляция между указанными параметрами, которые приведены ниже (табл.1).

                                                                                                                    Таблица 1.

      Зависимость летальности наногеликоптера на основе
      1,2,3,4,5-пента-(орто-галогенфенил)-ферроцена от орто-заместителя.

Заместитель

Объем заместителя V·1030
(куб. аршин)

Угол поворота фенильного
кольца α* (град)

Подъемная сила нанопропеллера Ъ** (Виагр/см)

Превышение концентрации в верхних слоях раствора  Δn·100% (штук/стакан)

Н 1.1 2.1 2 2 %
F 12.3 12.6 11
Cl 14.1 18.4 40 34%
Br 16.7 36.6 58 56%
I 18.4 49.7 24 22%
At 22.6 –57.7 –53 0.13%

* – измерение угла поворота колец производилось с помощью микротранспортира.
** – в качестве единиц измерения подъемной силы решено было ввести новую единицу: виагра на сантиметр длины.

Таким образом, повышение степени улётности наногеликоптера при последовательной замене водорода на хлор и бром вполне согласуется с элементарной стереометрической иллюстрацией, рисунок которой засекречен.

На основании указанных данных удалось построить график зависимости летальных свойств наногеликоптера от объема галогена, служащего в молекулярной организации зам.водородом (см. рис. 4).

                            Рис. 4.

Как видно из рисунка, график зависимости носит вполне определенный характер и легко трактуется.

Часть третья. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КРУТИБЕЛЬНОСТИ (ВРАЩАТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ) НАНОПРОПЕЛЛЕРА

Докажем, что нанопропеллер будет самопроизвольно вращаться в растворе. Как известно критерием возможности любого процесса является значение энергии Гиббса-Гельмгольца. При постоянном кровяном давлении, можно записать это:

                                   ΔGвращ = ΔHвращ – TΔSкруч

Самопроизвольное вращение возможно в любом случае, если указанная величина будет меньше нуля. Для этого необходимо, чтобы оба слагаемых были меньше нуля.

1. Изменение энтальпии. Как доказано кроманьонскими учеными, огонь легко добыть с помощью вращения деревянной палочки [5]. Это возможно, только если тепло при этом выделяется, а не наоборот. Следовательно, при вращении нанопропеллера, то есть в нашем случае, тепло выделяется. В таких процессах, как учит дермотинамика, ΔH < 0. 

2. Изменение энтропии. Энтропия есть синоним беспорядка. Порядок – состояние системы, когда в любой момент времени можно точно сказать, где находится данное тело, или система тел. При вращении определить точное положение данной конкретной нанолопасти затруднительно, если вообще возможно. Из этого легко предположить, что степень беспорядка выше у вращающегося нанопропеллера. То есть, макросостояние вращающегося нанопропеллера реализуется посредством гораздо большего числа микросостояний. Следовательно, изменение энтропии положительно. Так как абсолютная температура редко принимает отрицательные значения произведение TΔS > 0, и, таким образом, ΔGвращ принимает также отрицательное значение.

Положительное значение ΔSкруч можно доказать иначе. Как известно, между лопастями неподвижного пропеллера легко просунуть палец. То есть в нем есть пустоты. При вращении пропеллера палец просунуть нельзя, что говорит о том, что данных пустот уже нет. Они заполнены вращающимися лопастями. Заполнение пустот означает не что иное, как увеличение объема. Как известно изменение энтропии при расширении (увеличении объема) равно:

                                                       
Увеличение эффективного объема устройства приводит, ясное дело, к положительному значению ΔS.

Анологичный вывод следует и из применения формулы для нахождения изменения энтропии при переменном давлении. Кроме того, общеизвестно, что при нагревании всё (кроме должностных окладов) увеличивается. Вследствие этого нагревание нанопропеллера, неоспоримо обоснованное выше, приведет, как следствие, и к увеличению энтропии, так как при нагревании энтропия, кажется, возрастает.

Следовательно, наногеликоптер будет летать! Причем, чем выше температура (см. формулу) тем меньше ΔG. Это понятно и дураку, так как повышение температуры повысит также и скорость вращения нанопропеллера в соответствие с кинетической теорией температуры.

Часть четвертая. ТЕХНИЧЕСКИЕ ВСПОМАГАТЕЛЬНОСТИ

I. Управление подъемной силой наногеликоптера. Магнитный якорь.

Итак, устремленность геликоптера ввысь – не вызывает теперь сомнений. Однако, необходимость периодических приземлений также необходимо иметь ввиду. Ею можно управлять, меняя свойства ферроцена, служащего несущим шасси для авиаустройства. Как известно, сам ферроцен диамагнитен, однако при его окислении он переходит в парамагнитное состояние, причем обратимо. Таким образом, при его окислении, можно обратимо сообщать сэндвичу магнитный момент, который, взаимодействуя с магнитным полем земли, будет увлекать наногеликоптер вниз.

Предлагается для данного устройства ввести понятие «магнитный якорь».

II. Хваткость наногеликоптера.

Практическое приложение наногеликоптера для строительства нанотрубопроводов немыслимо без вспомогательных хватательных устройств, роль которых вполне могут выполнять крюковидные алифатические заместители, введенные в нижнее кольцо.

Заключение. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ НАНОАВИАЦИИ
(на ближайшие три недели)

1. В особых случаях (при транспортировке металлов, например) может потребоваться введение в нижнее циклопентадиеновое кольцо ферроцена хелатофорных групп (гидразоны, дикетоны). В этом случае, однако, следует иметь в виду, что безопасность устройств может пострадать, так как металлы склонны координироваться (цепляться) сразу к двум наногеликоптерам, содержащим хелатирующие заместители, что неизбежно приведет к столкновениям вследствие вредных межмолекулярных переплетений.

2. Для перевозки газов и жидкостей можно ввести в нижнюю часть наногеликоптера объемные контейнеры, на роль которых вполне подойдут недорогие фуллерены (см. рис. 5). 

          Воздушный молекулярный нанотанкер

               Рис. 5  Воздушный молекулярный нанотанкер (увеличить).
 

3. Целесообразно обмыслить вопрос о создании спортивных модификаций наногеликоптера, содержащих лопастовидные заместители в обоих кольцах.

4. Модификация циклопентадиена указанным способом может быть произведена и для других металлоценов. Например, цимантрен может быть легко преобразован в наноавтотожир. Трикарбонильная часть вполне может выступить в роли устройства, известного в технике под именем «куриная нога», и служащего для захватывания тел.

5. Замена атома железа на уран может быть произведена в оборонных целях. При этом возможно получение самодвижущейся нано-ядерной бомбы.

6. Возможно создание нано-стратостатов (заполнение фуллеренов гелием) и нанодирижаблей (посредством присоединение указанного нанопропеллера к наностратостату) (см. рис. 6).

         Наностратостат          нанодирижабль

               Рис. 6  Макромолекулярные наностратостат и нанодирижабль.

7. Если напустить внутрь фуллерена не гелий, а водород, то вполне возможно создание наноцеппелинов, однако следует иметь в виду работы Гинденбурга [6], погоревшего на этом деле.

8. Необходимо решить вопрос о способах возбуждения вращения нанопропеллера. Предполагается ввести в молекулу фотохимически активные фрагменты, к примеру, спиропираны. Правда подъемная сила наногеликоптеров снизится с неизбежностью. Ну и пусть.

9. В перспективе, возможно перейти к созданию молекулярного самолета на основе разумно разветвленных алифатических соединений.
 

ЛИТЕРАТУРА

1.  Кили Посон. «Как я открыло ферроцен.» Газета «Теленеделя». Vol. 23, p. 123, 1951.

2.  Три толстяка. «Хочешь похудеть – крутись!». Альманах «Калории и человечество». 2005, изд-во «Деткагиз», Москва, 1932 г.

3.  Carlson. «Как правильно выбрать пропеллер для хозяйственных нужд». В кн. «Скорее в магазин!», Осло, 1936 г.

4.  А.Ф. Можайский. «Самый безопасный в мире самолет». Санкт-Ленинград. 1896 г.

5.  Mumbo-Yumbo, Buu-Hua-Ua-Ua. «Пли!!!». Наскальный физико-химический журнал. Египет, Каир, пещера 12, свод 14. 2340 г. до н.э.

6.  Граф Гинденбург. «Гори оно все синим пламенем!». Инструкция по прикуриванию в Цепеллинах. Германия, Ганновер, 1926 г.

 
Copyright  ©  И.С. Икаров, 2006.

В начало страницы

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru