Легендарные дамасские мечи были прочными, гибкими и никогда не ломались. Немецкие исследования показывают, что уже в XII веке восточные кузнецы использовали нанотрубки, усиливая свои оружия, не подозревая об этом.
Крестовые походы привели в Иерусалим поиски несокрушимого сарацинского меча. Мечи «язычников» оказались гораздо сильнее и гибче западных аналогов. То, что дамасские мечи не ломались о камень или вражеские щиты, возводило их в мифический статус в Европе. Кузнецы по всей Европе пытались их подделать, но безуспешно. Сейчас немецкие исследования показывают, что нанотехнология отвечала за уникальные свойства стали. Углеродные загрязнения в железе превращались в нанотрубки во время ковки. Нанотехнология avant la lettre!
Чудодейственная руда
Таким образом, восточные кузнецы невольно использовали нанотехнологию. Это уже было обнаружено ранее: золотистое сияние витражей также оказалось ранним применением наночастиц. Учёные того времени искали объяснение мифической стали ближе к дому: вся настоящая дамасская сталь происходила из одного шахтного месторождения в Индии, известного как вутц.
Вся сталь — это сплав железа и углерода. Процент углерода имеет решающее значение: 1‑2 % углерода делает материал очень прочным, но и хрупким. Чугун — пример такой стали: он силён, но не гибок, ломается под сильным воздействием. Для мечей это непригодно, обычно содержание углерода ниже 1 %. Вутц‑железо содержит 1,5 % углерода, что слишком много. Как же такие мечи стали настолько гибкими?
Исследователи из Университета Дрездена решили эту загадку, растворив крошечный кусок дамасского меча в сильной кислоте и изучив его состав. Выяснилось, что углерод в вутце преимущественно находится в виде карбида железа — очень прочного, но хрупкого соединения. В железе также обнаружены следовые количества редких металлов: ванадия, хрома, магния, кобальта и никеля. Под электронным микроскопом материал оказался упорядоченным до наномасштаба: крошечные нанотрубки длиной около полинанометра охватывали ядро из карбида железа. Сочетание гибких нанотрубок и прочного карбида, вероятно, объясняет исключительную силу мечей.
Загрязнения
Учёные могут лишь предполагать, как образовались нанотрубки. Скорее всего, они возникли во время ковки. При этом сталь многократно нагревалась до экстремальных температур и затем быстро охлаждалась. Когда металл был горячим и мягким, кузнец «слоил» его, складывая и снова отбивая. В результате внутри металла образовывались слои, повышающие твёрдость. Сам метод не был необычным.
Однако примеси в вутце вытеснялись из железа в промежуточные слои и, вероятно, начали «жить своей жизнью». Трассированные элементы катализировали образование нанотрубок, которые, в свою очередь, стимулировали формирование нанопроволок из карбида железа. После завершения изготовления меча эти слои оставались видимыми в стали, а характерный полосатый рисунок считался знаком качества.
Эти мечи изготавливались в Индии с XII века и экспортировались на запад через Дамаск, откуда и получили название. Но и в других частях мира интерес к сверхпрочным и острым мечам был велик: самурайские катаны тоже демонстрируют характерный узор дамасской стали. К шахте, где добывался вутц, подошёл конец около 1800 года, и сейчас такие мечи больше нельзя изготовить, их можно лишь увидеть в музеях.
Что вы думаете о перспективах нанотехнологий? Приносит ли нанотехника лучшее будущее или риски слишком велики? Поделитесь мнением в разделе NanoDiscussion на Kennislink!
