стефани кволек что изобрела
От кукольных платьев до бронежилета
Harry Kalish/Wikimedia Commons
О женщине, мечтавшей стать модельером, врачом и спасать жизни людей, а также о том, каким причудливым образом воплотились ее мечты в реальность, рассказывает сегодняшний выпуск рубрики «История науки».
Из модельера в ученые
В 1930-е годы в Пенсильвании жила девочка по имени Стефани, которая очень любила делать выкройки кукольных платьев. Пока ее мама, швея, пропадала на работе, Стефани тайком пробиралась к швейной машинке и превращала лоскуты ткани в модные наряды. В детстве она не сомневалась, что станет модельером и всем на радость будет шить красивую одежду. Но когда Кволек подросла, она, следуя советам матери, решила выбрать более «серьезную» профессию.
В 1946 году Кволек выучилась на химика в женском колледже Маргарет Моррисон Карнеги при Университете Карнеги-Меллон. Но еще во время обучения Кволек поняла, что ее призвание – спасать жизни людей и больше всего ей подойдет профессия врача.
Чтобы накопить денег и продолжить обучение, Кволек начала искать временную подработку по специальности. В середине XX века редко можно было встретить женщину, работающую в промышленной химии. Резюме Кволек заинтересовало Уильяма Хейл Чарча – ученого из крупной химической компании «Дюпон». И он решил взять ее на работу в один из филиалов фирмы.
Работа в лаборатории «Дюпон» так понравилась Кволек, что она решила отказаться от карьеры врача и целиком посвятить себя химии. Спустя четыре года она переехала работать в центральный офис компании в городе Уилмингтон. Именно здесь Кволек посчастливилось открыть миру новый материал и, как оказалось, спасти тем самым жизни тысячи людей.
«Я не кричала «Эврика», но знала, что сделала открытие»
Важное открытие произошло случайно. Дело в том, что в начале 1960-х годов ходили слухи о приближающемся дефиците нефти. Ученые решили, что если сделать автомобильные шины легче, то и сами машины станут легче. Тогда энергии на передвижение потребуется меньше, и расход топлива сократится. Оставалось решить лишь одну проблему: как сделать легкие, но прочные шины? Для этого предстояло получить очень жесткое и легкое волокно.
Выполнить нелегкую задачу вызвалась Кволек. Несколько месяцев ее лаборатория экспериментировала с молекулами на основе углерода, чтобы получить более крупные молекулы, известные как полимеры. В 1964 году она, пытаясь превратить твердый полимер в жидкий, приготовила необычный раствор. Кволек ожидала увидеть прозрачную, сиропообразную смесь. Но полученная жидкость была мутной и вязкой.
Интересно, что жидкокристаллический раствор, который получила Кволек, имел природный прототип, о котором тогда не знали. Именно из растворов жидкокристаллических полимеров пауки выдавливают прочную нить паутины.
Что такое «кевлар» и правда ли, что он прочнее стали?
Кевларовая ткань представляет собой синтетический продукт специального назначения. Ее практически не используют в быту, что обусловлено не только уникальными характеристиками, но и высокой стоимостью. Кевлар производства «Дюпон» используется преимущественно для спецодежды и при изготовлении средств индивидуальной защиты.
История создания кевлара
В 1964 году в Dupont пытались разработать прочные, но легкие полимерные нити, которые могли бы заменить тяжелый стальной корд в автомобильных шинах (в целях экономии топлива). Группа Стефани Кволек работала с полиарамидами, молекулы которых имеют стержнеобразную форму. Полимерные волокна обычно изготавливаются путем прядения при выдавливании расплава через тонкие отверстия — фильеры. Однако полиарамид плавится с трудом, и поэтому было решено использовать прядение из раствора. Наконец Стефани удалось подобрать растворитель, но раствор был мутно-опалесцирующим и по своему виду напоминал самогон (вместо того чтобы быть прозрачным и густым, как патока). Инженер-прядильщик категорически отказался заливать подобную гадость в машину из-за риска засорить тонкие фильеры. Стефани с большим трудом уговорила его попробовать вытянуть нить из такого раствора. К всеобщему удивлению, нить прекрасно вытягивалась и была исключительно прочной. Полученную пряжу отправили на тестирование. Когда Стефани Кволек увидела полученные результаты, первой ее мыслью было, что прибор сломался — столь высокими были цифры. Однако повторные измерения подтвердили феноменальные свойства материала: он в несколько раз превосходил сталь по прочности на разрыв. В 1975 году новый материал, Kevlar, был выпущен на рынок.
От бронежилетов до кроссовок: история учёной Стефани Кволек, изобредшей кевлар
Стефани Кволек работала над изобретением целой кучи волокон, без которых мы уже не представляем современную жизнь. Она заложила основу для номекса — огнестойкой ткани, из которых шьют костюмы пожарных, участвовала в разработке спандекса (всем известной лайкры). Но самым знаменитым изобретением Кволек стал кевлар — жиденький супчик из полимеров, способный остановить пулю.
Стефани, родившаяся в 1923 году в семье польских иммигрантов, в детстве вовсе не мечтала стать химиком. Взяв пример с мамы-швеи, девочка заинтересовалась творчеством — дизайном одежды и стихосложением. К науке Стефани привлек отец, страстный натуралист-любитель. Они часто гуляли вместе по лесу, разыскивая крошечные шедевры, созданные самой природой — например, паутину и необычные листья для гербария.
Девочка намеревалась стать модельером, ради чего часами рисовала эскизы, но, по мнению мамы, оказалась «слишком большой перфекционисткой», чтобы полностью посвятить себя моде. Зато такие качества идеально подходят для врача — и Стефани отправилась в колледж изучать химию. Последующее обучение в медицинской школе было очень дорогим, и свежеиспеченная выпускница подала резюме в компанию «Дюпон», чтобы накопить денег. Этот момент стал поворотным в жизни Стефани Кволек.
Сама изобретательница позже рассказывала, что получить работу ей помогла самоуверенность. В конце собеседования собеседник пообещал дать ответ через несколько недель, но Стефани набралась смелости и заявила, что ее ответа ждут в другой компании — и поэтому стоило заранее сообщить о таком долгом сроке рассмотрения. Блеф удался, девушка получила работу в тот же день. Стефани рассматривала сотрудничество с «Дюпон» как временное, но проработала в компании более сорока лет! Химия оказалась привлекательнее медицинской карьеры.
В 1964 году весь мир ждал дефицита нефти, и компания поставила перед исследовательским отделом задачу создать новый материал для автомобильных шин — предполагалось, что более легкие камеры снизят расход топлива. Работа Кволек заключалась в работе с полиамидами: фрагменты волокон растворяли, чтобы впоследствии сформировать полимерные нити на специальном аппарате. Промежуточная «жижа» у коллег Стефани обычно была прозрачной и густой, словно кукурузный сироп. Ее заливали в «прядильную» машину и получали волокна — многообещающие, но довольно хрупкие.
Стефани подобрала такой растворитель, что жидкость оказалась больше похожей на мутный кисель. Ученый, работавший на «прялке», даже поначалу отказывался заливать туда экспериментальную «жижу» — вдруг она забьет нежные фильтры и испортит оборудование! После долгих уговоров оператор сдался, и результат получился ошеломляющим.
Стефани Кволек
Официально:
Стефани Луиза Кволек. 31 июля 1923 – 18 июня 2014. Американский химик, изобретатель кевлара.
Неофициально:
1. Химическое волокно полипарафенилен-терефталамид используется как материал для теннисных ракеток, лыж, канатов, и бронежилетов. Его применяют в авиации и судостроении, для создания автомобильных шин, ботинок пожарных, хоккейных клюшек, перчаток, стойких к порезам, и бронированных автомобилей. С его помощью создают взрывобезопасные материалы. Нам это материал более известен под названием кевлар.
2. Заголовок биографической книга Эдвина Вайкоффа описывает создательницу кевлара исчерпывающе: «Женщина, которая изобрела нить, способную остановить пули: гений Стефани Кволек».
3. Химик-гений появилась на свет в пригороде Питтсбурга в США, куда ее родители переехали из Польши, где носили фамилию Хвалек. Папа привил Стефани Луизе интерес к природе и вместе с ней исследовал окрестные поля и леса, собирая гербарии.
4. Мама работала швеей, и от нее девочка унаследовала интерес к моде. Правда, этот интерес ограничился шитьем кукольных платьев: мама вовремя предупредила, что с со свойственным Стефани перфекционизмом она попросту умрет с голоду в этом бизнесе.
5. Подросшая мисс Кволек захотела стать врачом и для начала получила степень бакалавра химии в колледже Маргарет Моррисон Карнеги при университете Карнеги-Меллон. Она планировала поработать по специальности и подкопить денег на медицинское образование, которое в ту пору стоило недешево.
6. Шел 1946 год, и ровесники Кволек мужского пола еще не все демобилизовались и не перешли к мирной жизни. Этим объясняют вакансии в компании DuPont, одну из которых предложили Кволек.
7. Работа показалась девушке интересной, и она передумала становиться врачом. В 1959 году ее публикация в «Журнале химического образования» удостоилась награды от Американского химического общества.
8. В этой публикации Кволек описывала знаменитый трюк с нейлоновой веревкой. Эта научная демонстрация, придуманная Кволек, иллюстрирует некоторые из основных химических принципов ступенчатой полимеризации и предоставляет наблюдателю возможность воочию наблюдать получение синтетического полимера в химическом стакане при атмосферном давлении и комнатной температуре. Этот трюк до сих пор показывают в школах США.
9. В начале 60-х годов в США ожидался дефицит бензина. Группа, в которой работала Кволек, начала поиск легкого, но прочного волокна для замены стали в шинах. После долгих экспериментов Кволек удалось получить раствор, о котором она позже рассказывала так: «Раствор был необычным, мутным, опалесцирующим и по внешнему виду похож на пахту. Обычные растворы полимеров являются прозрачными или полупрозрачными и имеют более или менее вязкость патоки. Раствор, который я приготовила, выглядел как дисперсия, но был полностью фильтруемым через фильтр с мелкими порами. Это был жидкокристаллический раствор, но я в то время этого не знала».
10. Кволек еле уговорила техника пропустить подозрительный раствор через фильеры. Полученное волокно удивило всех: Кволек просто не поверила глазам, когда увидела результаты измерения прочности новой нити. «Я не кричала «Эврика», но знала, что сделала открытие», – рассказывала позже исследовательница журналистам.
11. Открытие Кволек принесло компании несколько миллиардов долларов, но сама создательница кевлара не получила никакой финансовой выгоды. Зато получила свои часы и годы славы: престижную премию Лемельсона для изобретателей, медаль Перкина – высшую награду США в области химической промышленности, Национальную медаль США в области технологий. Кволек стала четвёртой женщиной, которые была принята в Национальный зал славы изобретателей. Несколько американских университетов присвоили Кволек звание почетного доктора.
12. За 40 лет работы Стефана Кволек получила два десятка патентов на изобретения, в числе которых метод получения полимеров ПБО и ПБТ.
13. На пенсии Кволек обучала студентов и продолжала консультировать фирму DuPont, в которой проработала всю жизнь. В день ее кончины фирма объявила, что продан миллионный жилет из созданного ею кевлара.
Стефани Кволек
Национальная медаль Технологии
Медаль Перкина (1997 г.)
Медаль Говарда Н. Поттса
Содержание
Ранняя жизнь и образование [ править ]
Карьера DuPont [ править ]
Кевлар [ править ]
Как она позже объяснила в своем выступлении в 1993 году: [18]
Раствор был необычно (низкая вязкость), мутным, опалесцирующим при перемешивании и выглядел как пахта. Обычные полимерные растворы обычно прозрачны или полупрозрачны и имеют вязкость, более или менее близкую к патоке. Приготовленный мною раствор выглядел как дисперсия, но его можно было полностью фильтровать через мелкопористый фильтр. Это был жидкокристаллический раствор, но в то время я этого не знал.
Применение кевлара [ править ]
Награды и награды [ править ]
Она была удостоена почетных степеней Университета Карнеги-Меллона (2001 г.) [30] Вустерского политехнического института (1981 г.) [5] и Университета Кларксона (1997 г.). [31]
Star Trek Электронная книга новелла Звездного Корпуса инженеров # 30: Иштар Растущие ссылки Шаттл имени Кволек.
Выход на пенсию [ править ]
В 1986 году Кволек ушел в отставку с должности научного сотрудника DuPont. Ближе к концу своей жизни она консультировала DuPont и работала как в Национальном исследовательском совете, так и в Национальной академии наук. [9] За 40 лет работы в качестве ученого-исследователя она подала и получила 17 [20] или 28 патентов. [28]
Кволек умер 18 июня 2014 года в возрасте 90 лет. [35]
Ссылки [ править ]
Дальнейшее чтение [ править ]
Внешние ссылки [ править ]
СМИ, связанные со Стефани Кволек на Викискладе?