Активные материалы - адаптивные и защищающие

Поводом для написания этой статьи послужила загадочная фраза в книге Германа Хубера «Аль­пинизм сегодня». Рассказывая о снаряжении, он пишет: «Пух “дышит”, и ему необходимо дать дышать. Пуховики очень гигроскопичны, впитывают вла­гу (испарения тела) и выделяют ее при проветри­вании. Под действием тепла, выделяемого телом, пух разбухает и удерживает до 50% этого тепла - лучше любой другой теплой одежды из искусст­венного волокна».

С точки зрения физики, фраза не точна, но какова идея - материал, который сам реагирует на ситуацию и изменяется так, чтобы защитить человека от воздействия! Заметим, что книга это довольно старая (1980 г.), но гусиный пух по- прежнему стоит между человеком и минус 40 °С при 10 м/c. Последнее - это скорость ветра, которую аккуратно называют «неблаго­приятной», потому что в горах бывает и в разы больше.

Человека приходится защищать от воздействия многих факторов окружающей среды - от жары и холода, от повышенной и пониженной влажно­сти, от электромагнитного излучения (в том числе - от света), от радиации и механических воздей­ствий. Сами по себе способы защиты от всех этих неприятностей известны и детально изучены.

Первое желание - создать материал, который по основному параметру, т.е. по степени защиты, лучше других. Например, мы хотим защитить человека от электромагнитного излучения, в част­ности от света. Скажем, космонавта - дабы он не перегрелся, подкрадываясь к Солнцу (хочется же проверить 6000 К). Полированные металлы от­ражают большую часть излучения, но не все. Можно попробовать оптимизировать интерфе­ренционное покрытие так, чтобы интегрирован­ное по реальному спектру поглощение было мень­ше, а сброс тепла собственным излучением, проис­ходящий в другом диапазоне, был бы больше. Белое по всему спектру не уменьшит нагрев - такое покрытие и излучать станет меньше. По­крытие должно быть еще и «черным» в той части спектра, в которой надо излучать, а в далеком инфракрасном - чтобы побольше излучать. Кон­кретно границу «желательно белого» и «жела­тельно черного» можно выбрать, если знать, какую температуру наружной поверхности ска­фандра мы собираемся поддерживать. Например, если мы хотим приблизиться к именно нашему Солнцу и нам нравится наша же комнатная тем­пература, граница будет лежать в инфракрасной части спектра, в районе единиц микронов. Для других звезд и других биологий оценка может быть другой.

Еще эффективнее было бы иметь большой плос­кий черный радиатор, расположенный так, чтобы солнечное излучение падало на него под малыми углами, тогда перехватываемая мощность была бы мала, а излучаемая - велика. Правда, по мере приближения к Солнцу углы падения все равно будут расти, и в итоге может стать эффективнее бело-черное решение: белым к Солнцу, черным - от него.

Защиту от радиации, теплозащиту и вообще любую защиту также можно совершенствовать и совершенствовать - например, просто применяя ее многократно, последовательно, делая стенку толще, толще и толще. Улучшать основной пара­метр можно до бесконечности, но это сопряжено с ухудшением других параметров - веса, стоимо­сти, надежности, срока службы, ремонтопригод­ности, красоты. Соответственно, решая задачу оптимизации, мы можем создать материал, кото­рый лучше не по основному параметру, а по весу, по стоимости или по чему-то еще либо по комби­нации параметров. И, значит, в каких-то случаях он будет предпочтительнее.

Появляется интересная возможность: материал может реализовать свои замечательные свойства, за которые так дорого заплачено, не всегда и не везде, а только там и в тот момент, когда вредный фактор встал на его пороге. Для этого материал должен откуда-то узнать, что пришла пора брать­ся за работу. Это может произойти двумя спосо­бами. Так, некий чувствительный элемент, дат­чик или сенсор может почуять угрозу и передать этот сигнал чему-то, что влияет на материал. Например, датчик задымления подает сигнал системе, которая поливает помещение (где нет открытого электрооборудования) водой, одно­временно и гася огонь, и делая материалы влаж­ными, т.е. малогорючими. Или датчик температу­ры включает нагреватель, который подогревает материал сидений в автомобиле, защищая водите­ля и пассажира от холода - снизу и сзади.

Но в качестве и сенсора, и приемника сигнала может выступить, в принципе, сам материал. Можно представить себе материал, уменьшаю­щий теплопроводность или увеличивающий тол­щину при увеличении перепада температур. Прав­да, провести границу между материалом и уст­ройством не всегда возможно. Предположим, что мы сделали столь маленькие сенсоры и столь тщательно распределили их в материале, что потребитель об этом не знает - он будет воспри­нимать это мелкодисперсное нечто как материал. Хотя принцип управления будет все-таки иным, но не определения главное. Важнее принцип работы - каким параметром материала мы управ­ляем и как это делаем.

Управляемые материалы

Выражение «управляемый материал», такое естественное и простое, используется поразитель­но редко. Неудачное выражение «умные матери­алы» повторяют СМИ, близким по смыслу явля­ется выражение «активные материалы», но оно применяется в трех разных смыслах. Во-первых - вместо слов «материалы, определяющие основ­ные параметры». Например, в формулировке «активные материалы трансформатора - это фер­ромагнитный материал, из которого изготовлен магнитопровод, и проводник, из которого изго­товлены обмотки». Во-вторых - касательно мате­риалов и веществ, сильно влияющих на конкрет­ные процессы. Например, в выражениях «биоло­гически активные вещества», «поверхностно-ак­тивные вещества», «сорбционно-активные мате­риалы». Эти два смысла близки и определены нечетко. Так, при некоторых условиях параметры трансформатора сильно зависят не только от железа и меди, но и от изоляции - и в магнитопро­воде, и в обмотке, и даже между выводами. Третий смысл выражения «активные материалы» может быть определен более строго и отчасти противоположен первым двум, хотя конкретный материал может быть активным во всех трех смыслах. Это материалы, изменяющие свои свой­ства под действием факторов окружающей среды. Вот это именно то, что стоило бы назвать «управ­ляемые материалы».

Если вести измерения с достаточной точностью, то все зависит от всего, но степень зависимости с точки зрения физики и техники - может быть различной. Некоторые изменения не учитывает никто и никогда, например - изменения веса продукта на рынке в зависимости от погоды (как минимум по двум причинам, подумайте - по каким?). Заметим, что вес мешка развесного сахара в советское время мог существенно увели­читься, если продавец «чисто случайно» ставил рядом с мешком ведро воды. Некоторые измене­ния учитывают всегда, например - зависимость теплозащитных свойств одежки от ее влажности. Попробуй ее не учти... Некоторые зависимости не учитывали да не учитывали, а однажды пришлось - и теперь это делают, и будут делать всегда. Например - зависимость хода времени от грави­тации и ускорения согласно теории относительно­сти, без этого глобальное позиционирование, GPS, не будет работать.

Когда говорят об активных материалах, имеет­ся в виду не хоть какая-то зависимость абы каких- то параметров, а достаточно сильная, причем таких параметров, что это можно эффективно использовать. Тут на минутку вернемся к опреде­лениям, поскольку под самым часто употребляе­мым выражением «оптически активные» подра­зумевается два типа веществ, сред и материалов. Во-первых, те, которые что-то делают с излучени­ем, а во-вторых - те, которые изменяют свои свойства под действием внешних факторов. Хотя учтите - во многих случаях интересным «управ­ляемым свойством» является именно свойство «делать что-то с излучением». Так, скипидар или раствор сахара в воде поворачивает плоскость поляризации света, и этот поворот зависит от самого раствора, точнее - от его концентрации. А есть вещества, которые тоже поворачивают плос­кость поляризации, и это вращение зависит от внешних факторов, например от магнитного поля (эффект Фарадея).

Ситуацию дополнительно немного запутывает то, что не за всякое «делание чего-то» с излучени­ем материал удостаивается бирочки «активный». Например, любой оптический материал посред­ством коэффициента преломления влияет на ско­рость распространения и на поглощение излуче­ния и поэтому может влиять на его распростране­ние (линза, призма). Коэффициент преломления зависит от электрического поля (эффект Керра), но вещества, в которых он значителен и исполь­зуется, оптически активными обычно не называ­ют. Хотя на его основе делают и оптические затворы, и модуляторы, а предлагались и экзоти­ческие устройства - например, линзы с электри­чески управляемым фокусным расстоянием.

Посмотрим, можно ли все-таки воспользоваться для управления самим светом

Управление светом

Первый, причем общеизвестный, пример - фотохромные стекла, темнеющие под воздействием света. На фотографии на рисунке 1 показано стекло (диаметр 7 см, толщина 2 мм), на кото­рое светили синей (405 нм, 10 мВт) лазерной

Рис. 1

указкой с расстояния 10 см, при этом пятно пересекло диаметр за 1 и 5 секунд. О фотохромных стеклах много разговоров в интернете, но прежде чем читать то, что пишут на сайтах фирм, полезно освежить в памяти школьный курс физи­ки. Для создания фотохромных стекол использу­ются вполне определенные и немногие фотохими­ческие реакции. Но возможно, если не ограничи­ваться стеклами, что для управления оптически­ми свойствами могут быть использованы и другие фотохимические реакции. Многое сделали в этом направлении текстильщики. В частности, они создали ткани, которые обратимо меняют цвет на свету. Вот что пишет об этом Г. Е. Кричевский: «В основном это спиропираны и их производ­ные, спирооксазины, диарилэтаны, триарилметановые красители, стильены, хиноны. Приведем пример фотоинициированных фотохромных пре­вращений спиропирана, как наиболее изученного фотохрома. В основе фотохромизма спиропиранов и их производных лежат обратимые реакции: разрыв ковалентных связей в молекуле под дей­ствием ультрафиолета и восстановления их под действием лучей квантов видимой части спектра или за счет нагрева. На рисунке показана схема фотохромных превращений спиропиранов и их производных. Как можно видеть, исходная форма спиропирана не имеет сопряженной системы двойных связей и, соответственно, эти соеди­нения бесцветны. Фотовозбуждение инициирует разрыв слабой спиро- (С-О) связи, в результате новые две формы (цис- и транс-) производных цианина приобретают конъюгированную систему двойных связей и, соответственно, окраску».

Второй, гипотетический и фантастический, при­мер - электронная светоуправляемая бумага. Что это такое, мы знаем по электронной книге. В ней есть белые и черные заряженные противополож­ными зарядам шарики, причем электрическое поле нужного направления перемещает к поверх­ности частички нужного цвета. Осталась «ме­лочь» - сделать соответствующим образом, чтобы при попадании света на покрытие его материал в результате фотоэмиссии электризовался так, что­бы возникало электрическое поле, достаточное для правильной ориентации шариков.

Третий, тоже гипотетический, но зато менее фантастический, вариант - через тепло. Суще­ствуют так называемые термохромные краски, изменяющие свой цвет при нагреве, обратимо или необратимо. Если это изменение, например, от черного к белому, то краска как раз и будет защищать. Минимальные управляющая мощность и время срабатывания зависят от толщины слоя краски, перехватывающего большую часть излу­чения. Для обычных красок это величина поряд­ка 0,03 мм. Слой такой толщины потребует для нагрева на 10 °С , чтобы надежно сменить цвет, около 100 Дж/ ый солнечный свет

днем при безоблачном небе сработает за 0,1 с - величина, вполне представляющая практический интерес. Правда, при этом краска должна быть нанесена на теплоизолирующую основу, иначе поглощенное тепло частично утечет вглубь мате­риала и время реакции окажется больше. Просто покрыть объект светоотражающей краской нельзя потому, что в некоторых случаях до момента роста мощности нам вовсе и не нужно ее отра­жать. Как при малой освещенности нам вовсе не нужно иметь потемневшие стекла в окнах и очках.

Но раз уж мы заговорили о нагреве...

Противопожарное

Применение покрытий, изменяющих свои свой­ства при нагреве, - классика огнезащиты. Суще­ствуют краски и покрытия, выделяющие при нагреве вещества, подавляющие горение. Но важ­нее то, что они вспучиваются, образуя в десятки и сотни раз более толстый (а значит, рыхлый и с пониженной теплопроводностью) слой. Такие слои способны защищать конструкции от обычного пожара в течение часа и более. Причем с самого начала покрыть таким слоем нельзя - он увеличи­вает габариты и портит внешний вид. Люди даже придумали прозрачные наполнители для офис­ных дверей, которые при пожаре вспениваются и становятся термостойкой теплоизоляцией. На фотографии на рисунке 3 вверху - прозрачный слой (видны кирпичи - стенка печи) с наклеенны­ми датчиками температуры, ниже - этот же слой, но гель вспучился и стал термостойкой теплоизо­ляцией. Естественно, непрозрачной - но при пожаре делается не до икебаны.

Рис 3

Другой подозрительный по части тепловой ак­тивности материал - термобелье. Однако оно не является активным материалом, его преимуще­ство в другом. Оно сохраняет теплоизолирующие свойства, даже если человек потеет, потому что, как утверждают изготовители, отводит влагу от тела, но само намокает мало. Заметим, впрочем, что если нет испарения с наружной поверхности, то все равно оно будет намокать и терять тепло­изолирующие свойства. Так что «импортное тер­мобелье от лучших производителей», конечно, греет душу, но чтобы оно реально работало, надо еще озаботиться тем, что надето поверх него.

Сам по себе нагрев вызывает, как правило (хотя и не всегда), расширение твердого или жидкого вещества. Однако это расширение с бытовой точки зрения ничтожно мало - оно и на глаз незаметно, и теплового сопротивления не увели­чит. Газы расширяются при нагреве сильнее, и нагрев на 30 °С вызывает увеличение объема на 10% - но это при постоянном давлении, количестве и составе газа, т.е. при нагреве в мягкой и непроницаемой оболочке. Опять же маловато и, кроме того, пуховик не является непроницаемым - водяной пар, а значит, и газы проникают через оболочку. Это соображение попутно исключает еще один механизм - рост количества газа внутри пуховика в результате испарения влаги, так или иначе уже имеющейся в пухе. Тем не менее, один механизм заподозрить можно; причем для его действия как раз полезна влага, которую орга­низм спортсмена поставляет в пуховик.

Пух состоит - с точки зрения механики и теплотехники - из отдельных упругих тонких элементов. Когда мы деформируем (сминаем) одежду, содержащую пух, элементы перемеща­ются друг относительно друга, скользят и оста­навливаются в новом положении благодаря тре­нию и упругости - упругость прижимает их друг к другу, а трение не дает скользить. Это же происходит, когда мы мнем ткань или бумагу. Трение покоя больше трения движения при ма­лых скоростях, поэтому если при последующем нагреве из-за теплового расширения элементы страгиваются с места, то они уж продолжают это делать. Пух распрямляется, и пуховик распуша­ется. Возможно, что испарившаяся из человека вода, пробираясь через пуховик, частично кон­денсируется и заодно работает жидкой смазкой. Ну а ставший толстым пуховик, очевидно, стано­вится и лучшим теплоизолятором. Впрочем, так ли это очевидно? Есть ведь оптимальное распуха­ние - подумайте, от чего оно зависит?

Немного о мрачном

Радиационные параметры материалов - это, как легко догадаться, описание взаимодействия мате­риалов с радиацией. Радиация - в общепринятом понимании - это а - и в -частицы, нейтроны (n) и Y-кванты, т.е. то, что излучают реакторы, бомбы, рентгеновские аппараты, радиоактивные изотопы, ну и плюс естественный фон. Сюда можно добавить ионы и нейтралы того же проис­хождения, а еще так называемые «горячие части­цы», которые не частицы, а пылинки с а -актив­ным изотопом (о них чуть позже). Кроме скоро­сти, связанной с энергией, у частиц есть и другие параметры. Например, Y -кванты - это электро­магнитные волны, значит, у них есть поляриза­ция. Однако при взаимодействии с материалом она редко проявляется.

Механизмов взаимодействия всего того, что летит, с атомами и молекулами среды несколько. Но для внешнего наблюдателя важен итог: отра­жение, прохождение и поглощение, причем отра­жение и прохождение - с какой-то потерей энер­гии. Есть и четвертый вид взаимодействия - возбуждение нового излучения. Собственно, та­кое есть и для электромагнитных волн - это люминесценция, но там происходит преобразова­ние электромагнитного излучения в электромаг­нитное же. А теперь у нас несколько видов частиц и одни, поглощаясь веществом, могут вызвать генерацию других. Вдобавок это вторичное излу­чение может возникать и прекращаться не сразу, а длиться какое-то время - это означает появле­ние «наведенной активности», т.е. первичное из­лучение создало в материале радиоактивные изо­топы, которые теперь будут, сами понимаете, что делать. Кстати, а если поток частиц летит вообще в пустоте, может меняться их количество?

Теперь про «горячие частицы», которые вовсе не частицы, а пылинки с а -активным изотопом. Пробег а -частиц в воздухе - несколько сантимет­ров, в конденсированных средах - микроны или десятки микрон, они задерживаются рубашкой или поверхностным ороговевшим слоем клеток кожи. Поэтому они, казалось бы, не опасны. Но если они попадают с пылинками внутрь легких и оседают на стенках или если а -активный изотоп, например ²¹⁰Po, ввести в состав какого-либо растворимого в воде соединения и выпить, то можно отправиться на тот свет. Так что не пейте чай с чужими! Заметим, что случаи отравления этим способом обсуждаются в интернете, но никто не спрашивает, кто тот безвестный гений, кото­рый придумал решение.

Физиков, инженеров и вообще людей интересу­ет взаимодействие излучений с веществом именно потому, что оно может быть опасно для человека. Возникает же оно при работе многих устройств и при проведении технологических процессов, не­обходимых для их работы. Устройств таких мно­го: атомный реактор, ускоритель, бомба, рентге­новский аппарат, гамма-дефектоскоп и многие другие. Да и процессы многообразны - это и исследования, и разработка материалов и конст­рукций, и испытания, и утилизация отходов, и аварии, и устранение их последствий.

Разные виды излучения обладают различной проникающей способностью. Пробег а -частицы в воздухе не превышает нескольких сантиметров; в -частицы могут пройти в воздухе несколько метров, в конденсированных средах - миллимет­ры и сантиметры; Y -кванты и нейтроны - десятки и сотни метров в воздухе (их может задержать лишь относительно толстый слой металла или, например, более толстый слой бетона). Процес­сов взаимодействия частиц с веществом много, для каждого вида излучения и в зависимости от энергии они комбинируются по-разному, и вдоба­вок они разнятся для разных изотопов. Поэтому если какой-то изотоп и рекордсмен, то на практике применить сие не удается - в природном материале его может быть ничтожно мало, а выделение будет стоить слишком дорого. Поэто­му можно привести только очень общие, очень приближенные данные.

Как уже сказано, а -излучение поглощается микронными слоями вещества, в -излучение об­ладает большей проникающей способностью, а остальные - еще большей. Поэтому, если надо измерить именно а -излучение, возникает дилем­ма - либо датчик прибора должен быть «откры­тый», ничем не отделенный от источника излуче­ния, либо «стенка» должна быть микронной тол­щины и из материалов с малой удельной плотно­стью, которые лучше пропускают излучение. Первый вариант - это полупроводниковые датчи­ки с «голым» p-n-переходом. Обычно p-n-пере- ход упрятан в толщу транзистора, торчать откры­то и ждать а -частицу ему, наверное, очень непри­вычно. Второй вариант - это счетчик Гейгера, но вот тут нужно «окошко», ибо внутри вовсе не атмосфера. Нужен материал с малой плотностью, из которого можно сделать тонкую-тонкую плен­ку, причем выдерживающую атмосферное давле­ние и вакуумно плотную. Самый легкий металл - литий - в конкурсе участия не принима­ет (почему?), и в итоге по сумме бал­лов побеждают слю­да (фотография на рисунке 4; на окош­ко положена кноп­ка, чтобы было по-

нятно, что там «что- то есть»), бериллий, алюминий, полимер­ные пленки.

Поскольку пропус­кание материалом а -, в - и у -излуче­ний, в общем, зави­сит сильнее всего от плотности материала, то наилучшую защиту от излучения должны были бы создавать металлы с самой большой плотнос­тью. Но они гораздо дороже свинца Pb, а разница в эффективности невелика. Поэтому там, где важен объем, а количество невелико, он и приме­няется - помните, когда вам делали рентгено­вский снимок... А там, где нужно «много» и проблем с объемом нет, например при защите реакторов, используют бетон - дешево и сердито, т.е. толстые метровые стены. Причем бетон ис­пользуется не простой, а с добавками, увеличива­ющими защиту, например с железной рудой. Содержит он и связанную воду, о важности которой мы сейчас узнаем. Особый случай - уран U, он плотнее свинца Pb лишь в два раза, но пробег Y -излучения в нем меньше в десять раз, однако делать из него защиту было бы слишком дорого.

С нейтронами ситуация противоположная - их лучше тормозят элементы с самыми легкими ядрами, т.е. водород: легким ядрам они передают энергию при столкновениях. Правда, использо­вать жидкий или твердый водород трудно и дорого, но есть вода, парафин, полиэтилен, при­чем углерод тоже вносит свой вклад. Однако медленно движущиеся нейтроны хорошо захва­тываются ядрами, а лучше всего - кадмием Cd или менее дорогим бором B. И все бы хорошо, но при этом возникает вторичное Y -излучение («на­веденная активность»), от которого тоже надо бы защититься. Поэтому защита бывает многослой­ной, и лучше из разных материалов.

Итак, защита зависит более всего от атомного состава, а покрытия не умеют его изменять. Так что материал, управляющий проходящей сквозь него радиацией, создать будет затруднительно - разве что сделать микроперемещающиеся жалю­зи. Но у техники не возникло задачи управлять пропусканием излучения к человеку. Вот когда возникнет, сделаем жалюзи - и не микро-, а нано­- и выложим их ядрами золота, которыми Резер­форд отражал альфа-частицы век с небольшим назад.

Поговорим о механике

Нам осталось обсудить некоторые проблемы механики. Казалось бы, в чем проблема - броне­жилет придает мужчине уверенность в том, что он настоящий мужчина. Но нам интересны материа­лы, которые разумно реагируют на нагрузку и деформацию. Иными словами, которые позволя­ют сделать мягкое и не мешающее грациозно двигаться до момента воздействия покрытие, ста­новящееся жестким только тогда, когда надо.

Прежде всего заметим, что в технике есть при­меры систем, которые при нарушении целостно­сти оболочки сами заделывают повреждения. Это автомобильные шины, которые сами «залечива­ются» при проколе покрышки, топливные баки самолетов (Сикорский, 1914 г.), в 2009 году сообщалось о разработке аналогичных покрытий для космических кораблей (сама идея содержа­лась в произведениях Стругацких на пятьдесят лет раньше). Все они основаны на том, что в прокол поступает изнутри нечто, что его заделы­вает. Поэтому все это не совсем материалы, это отчасти «устройства». Кроме того, разрабатыва­ются «самозалечивающиеся» материалы и покры­тия - восстанавливающие микроповреждения: трещины, царапины. Это модное направление, но, похоже, что кроме обычных разговоров про нанотехнологии, инновации и «неповторимый вид вашего автомобиля» там есть и интересные идеи и направления. В том числе опирающиеся на идеи, реализованные в человеке, который, как известно, снабжен самозалечивающимся покры­тием, да и внутри постоянно идет процесс обнов­ления. Но самозалечивающиеся покрытия - это защита техники, а не человека. Хотя, если чело­век находится внутри этой техники, то защита и человека тоже. К сожалению, о самоштопающих­ся носках, непротирающихся штанах и нерву­щихся колготках пока не слышно. Но, может быть, вам удастся их создать.

А как насчет именно механических свойств, изменяющихся при ударе и в месте удара? Воз­можны ли материалы, способные поставить аг­рессору так называемый «жесткий блок»? Удар - с точки зрения физики - это большие и быстро нарастающие напряжения. Соответственно, воз­можно, будут эффективны два класса материалов - твердеющие под нагрузкой и твердеющие при попытке деформировать быстро. Что касается вторых, то хорошо известны тиксотропные сре­ды, «разжижающиеся» при ударе. Именно тако­вы и этим-то и опасны болота. Однако известно и обратное явление, которое называется, естествен­но, антитиксотропией. Казалось бы, оно решает задачу, но наблюдается это явление весьма редко и пока только в жидкостях.

Примерно такова же ситуация с жидкостями, вязкость которых возрастает с ростом механичес­ких напряжений. Это явление получило название далатансии, и оно характерно для суспензий и расплавов некоторых полимеров. Возможно, что жидкость в таких материалах располагается меж­ду твердыми частицами, и - как смазка - умень­шает трение между ними. При значительных скоростях сдвига происходит нарушение структу­ры, как бы выдавливание смазки, и возрастание трения. Но опять же это пока только жидкости. Хотя бронежилет с ячейками, заполненными вяз­кой жидкостью, возможен, разработка таких ма­териалов ведется.

Но главную задачу - создание непротирающих­ся штанов и защищающих от агрессора рубашек

- материаловедение еще не решило. И до реше­ния, похоже, далеко. Так что попробуйте полу­чить хорошее образование - и вам всегда будет чем заняться.