Нанопружины увеличивают мощность вашего автомобиля

Гелицены — углеводороды, молекулы которых состоят из ароматических колец, соединенных в спираль; в простейшем случае — нечто вроде пружинной шайбы (шайбы Гровера).

Спиральная форма молекулы получается из-за того, что ее противоположные концы, встречаясь в пространстве, не могут разместиться в одной плоскости и, отталкиваясь друг от друга, образуют виток.

Гелицен из бензольных циклов

 Шаг гелиценовой спирали около 0,35 нм, что примерно равно  промежутку между плоскостями в графите. Близо расположенные бензольные кольца не только отталкиваются, но и притягиваются за счет так называемого стекинг-взаимодействия  π-электронов (анл. stack — стопка, штабель), поэтому указанное расстояние является равновесным между двумя противоположными силами. Сближению концов способствует таже стремление всяой ароматической молекулы иметь планарное расположение конденсированных колец.

Собственно, о существование подобных свойств у гелиценов ученым было известно давно. М. Ю. Корнилов, профессор кафедры органической химии Киевского национального университета, не только предсказал существование спиралевидных гелиценов в 1986 г., но и высказал предположение об их большой упругости. Однако до последнего времени это были исключительно теоретические построения.

Однако в 2010 году при помощи компьютерного моделирования был  впервые получен супергелицен, имеющий 14 витков спирали и состоящий из 84 бензольных колец.

По сути, ученые получили объекты по свойствам сравнимые с углеродными нанотрубками, но обладающими еще более захватывающими свойствами. Молекулы супергелицена под нагрузкой вели себя как самые настоящие нанопружины — они растягивались и сжимались, точно также, как их макроскопические стальные собратья.

Самой главной проблемой при использовании нанопружин была необходимость разместить их торцами на какой-либо поверхности — ведь только в этом случае пружины начинали «работать» со стопроцентной отдачей. Решение нашли ветеринары из Университета штата Айдахо. Они разрабатывали систему, которая позволила бы импланту, размещенному в живой ткани, быть надежно зафиксированным в условиях, когда живые клетки вокруг постоянно делятся, и растут. На помощь им пришел коллаген — природный белок, составляющий основу соединительной ткани. По сути коллаген является эластичным природным клеем, обладающим высокой адгезией к самым различным поверхностям, в том числе и к металлам.

Свой опыт использования коллагена в качестве покрытия имплантов ученые перенесли на продукцию принципиально иного свойства. Оказалось, что коллагеновый клей прекрасно работает в самых разных условиях, например, закрепляя на металлической подложке «пружины» из молекул супергелицена. Результаты их работы были опубликованы в прошлом году Вестнике ветеринарии и имплантологии, выходящем в г. Бойсе.

Нужно отметить, что данное исследование финансировалось компанией General Motors, которая всерьез была заинтересована возможностью использования пружинных свойств молекул супергелицина в цилиндрах двигателей, выпускаемых на заводе компании в городе Бойсе. Дело в том, что по расчетам специалистов фирмы, использование пружинящего покрытия поршней позволило бы увеличить мощность двигателей на 30% без внесения в них каких-либо конструкционных изменений.

Все дело в том, что, в момент, когда поршень цилиндра переходит из цикла сжатия в цикл расширения, тратится очень большое количество энергии. Наличие тончайшей прослойки нанопружин на поверхности поршня позволяет использовать энергию сжатой пружины, чем достигается существенная экономия топлива и повышается мощность двигателя.

Инженеры компании GM использовали ту же технологию, что и ветеринары из Университета Айдахо — они приклеили спирали супергелицена коллагеновым клеем к рабочей поверхности поршня двигателя. Результаты экспериментов превзошли все ожидания, и уже в будущем году компания GM приняла решение дорабатывать таким образом поршни двигателей всех выпускаемых ей автомобилей.

Одним из аргументов в пользу использования именно супергелицена является его абсолютная прозрачность. Как утверждает представитель компании Давид Пакман, прозрачность покрытия не будет смущать дилеров, которые очень придирчиво относятся к  чистоте всех поверхностей автомобиля.

Так что если вы в будущем году собираетесь покупать автомобиль — поинтересуйтесь, есть ли у него в цилиндрах нанопружины. Ведь они не просто увеличивают мощность авто, но и позволяют существенно экономить бензин!