Чому речі зношуються?

Це не таке просте питання, як здається. Наш повсякденний досвід пов'язує це з якістю: «Я не такий багатий, щоб купувати дешеві речі». А що визначає якість? В першу чергу - якість матеріалу. А що таке якість взагалі? Чим відрізняються одні й ті ж матеріали, але різної якості?

Почну з простого прикладу.

Перші «Жигулі», які почав випускати ВАЗ в 1971 році, були з італійськими двигунами. Випуск своїх затримувався. Десь через півроку автомобіль став повністю радянського виробництва. «Радянське - значить відмінне!» - Пам'ятаєте таке гасло? Відмінне від всього іншого, що випускалося в світі. Щасливчики, кому дісталися перші автомобілі, намагалися їздити на них до останнього - поки кузов остаточно не згнивав. Італійські двигуни пробігали і до півмільйона кілометрів. І навіть радянським моторним маслом їх не можна було зіпсувати. А наших двигунів вистачало в кращому випадку на сто тисяч кілометрів. Хоча вони були скопійовані з італійських. Самої зношується, а тому дефіцитної частиною у нас був распредвал. Його вистачало максимум на тридцять тисяч. Тодішні автолюбителі пам'ятають ...

Так що таке знос при терті, згинанні і інших впливах на матеріал?

Як я вже писав у статті про нанотехнології, всі речовини складаються з кристалічної решітки або молекул і атомів, пов'язаних якимось іншим чином. При їх виробництві неминучі дефекти (так по-науковому називаються окремі порушення «ідеальності» на нанорівні) цих структур. Чим вище рівень технологій виробництва, тим їх менше, але вони є.

Що таке дефект на молекулярному рівні?

Дефект у фізиці твердого тіла - це окреме порушення структури кристалічної решітки на атомному рівні. Наприклад, немає на належному місці одного або декількох атомів. Або розрив всередині решітки протягом декількох десятків або сотень атомів. Або атом сидить не в потрібному місці, порушуючи ідеальність структури. Деформація на рівні окремих атомів. На поверхні кристала таких дефектів зазвичай більше. Реальних кристалів без дефектів не буває. На самому предметі цього не видно. Їх навіть не видно в найсильніший оптичний мікроскоп. Але саме з невидимих дефектів, їх зростання і починається знос і руйнування матеріалів.

При терті про іншу речовину відбувається не тільки руйнування слабких місць, а й подальше виникнення дефектів. Надірване легше рветься і далі. Мастило в механізмах тільки трохи знижує швидкість цього процесу. Збільшується число дефектів і при вигинах, розтягненнях та інших впливах на матеріал в процесі користування ним. Наприклад, черевик знизу стирається, а зверху рветься від довгих згинань і натяжений.

Тепер зрозумілий наведений вище приклад з автомобільними двигунами. У італійців якість матеріалів і якість виготовлення були вище.

Зрозуміло і чому натуральні матеріали служать довше. Природа «більш акуратна» у виробництві.

Чи можна боротися з процесом зносу?

Так, люди завжди цим займалися і вдосконалювали засоби догляду. У механізмах застосовується мастило, що знижує тертя і знос. Правильний догляд за якими речами служить не тільки збереженню зовнішнього вигляду, але й збереження їх структури. Але нічого вічного немає.

Отже, причина зносу - наявність в матеріалах наноскопіческіх неправильностей їх кристалічної або молекулярної структури.

Істотний внесок у вирішення цієї проблеми можуть внести нанотехнології. Як я вже писав, вони дозволяють здійснювати маніпуляції на рівні окремих атомів і молекул.

Тобто можна як спочатку зменшувати кількість дефектів в матеріалах, так і усувати дефекти, що виникають в процесі використання.

Крім того, за допомогою нанотехнологій можна створювати бездефектні і навіть самовідтворюваними речовини. Але це - тема наступних статей.