Upsalin: hrátky s povrchem

Elektronika i další obory využívají ke svým inovacím nejen nové technologické postupy, ale i dosud neznámé materiály. Některé z nich mají svůj předobraz v přírodě, jiné jsou zcela dílem lidských rukou. K objevům nových materiálů může docházet náhodou při jiných výzkumech, stále častěji ale i na základě pokročilých teorií, výpočtů a počítačových simulací.

Upsalin: hrátky s povrchem


Výzkumníci z Uppsala University připravili materiál vynikající jinou vlastností, rekordním aktivním povrchem. Navíc dokáže v obrovském množství absorbovat vodu.Jde o formu uhličitanu hořečnatého, kterou objevitelé pojmenovali upsalit. Předpokládá se, že najde využití pro udržení věcí v suchu – ať už půjde o elektroniku, léky nebo kluziště na lední hokej. Jeho absorpční schopnosti se ale uplatní i jinde, třeba při odstraňování toxických látek z odpadů nebo při haváriích spojených s únikem ropy.

Uhličitan hořečnatý se vyskytuje v přírodě celkem běžně, ovšem v krystalické formě. Amorfní uhličitany se připravují např. probubláním oxidu uhličitého přes suspenzi odpovídajícího hydroxidu v alkoholu. Od počátku 20. století však odborná literatura uváděla, že v případě uhličitanu hořečnatého podobný postup nefunguje. Náhodou se však ukázalo, že levnou a jednoduchou, za pokojové teploty probíhající syntézu lze uskutečnit i v tomto případě. Důležitější než samotná syntéza je ale ověření vlastností amorfního uhličitanu hořečnatého. Změřený povrch činil 800 m2 na gram látky. Materiál je přímo protkán póry o průměru menším než 10 nanometrů. Tím prý z hlediska aktivního povrchu překonává dnes používaný porézní oxid křemičitý, zeolity (hlinitokřemičitany) i uhlíkové nanotrubičky. Upsalit absorbuje výborně vodu i při velmi nízké vlhkosti prostředí.

Speciální povrchové vlastnosti jsou základem i následující technologie, tentokrát napodobující živou přírodu. Pouštní kaktusy si vyvinuly velmi elegantní způsob získávání vody. Používají k tomu kuželovité trny, na nichž kondenzuje atmosférická vlhkost. Geometrie trnu navíc způsobí, že kapičky vody po něm vlivem povrchového napětí stečou tak, aby je mohly absorbovat póry rostliny.

Výzkumníci z čínské akademie věd nyní z mědi vyrobili umělé „trny“, které mají obdobnou funkci – když se ponoří do vody znečištěné ropou, dokážou obě tekutiny oddělit, protože ropa po struktuře steče a lapá se do zásobníku. Trny mají průměr asi 0,5 milimetru a jsou uchyceny na nosnou strukturu, kterou lze znečištěnou vodou pohybovat. Při rychlosti 2 mm za sekundu dokáže systém odstranit z vody až 99 % ropy.

Grafen z DNA

Grafen má oproti konkurenci několik let technologického náskoku. Zatímco nové materiály se teprve připravují, u grafenu se již uskutečňují sofistikované postupy vedoucí k jednotlivým komponentám. Grafenový pásek široký asi 20–50 atomů uhlíku by např. mohl být základem tranzistoru s vlastnostmi vysoce překonávajícími křemík.

Zhenan Baoová, profesorka chemie ze Stanfordu, a její kolegové Anatoliy Sokolov a Fung Ling Yap popsali postup, jak grafenové pásky široké 20–50 atomů vytvářet pomocí DNA. Vlákna DNA mají zhruba potřebné rozměry. DNA se uplatní v roli kostry, samotná molekula je pak zničena a na místě zůstanou atomy uhlíku (páteř DNA je tvořena sacharidem, který samozřejmě obsahuje uhlík).

Jako substrát posloužila křemíková destička máčená do roztoku DNA. V další fázi byl aplikován roztok měďnaté soli, posléze došlo k zahřátí destičky v atmosféře metanu. Chemické reakce vedly k tomu, že na křemíkové destičce zůstal z DNA jen uhlík. Vzniklý grafenový pásek může fungovat jako tranzistor – skutečně miniaturní, navíc s velmi rychlou odezvou a minimální spotřebou. Pokud se výrobní postup podaří odladit, měl by být levný a vysoce škálovatelný.

Čtěte také:
→ Karbyn: síla simulací
Elektronika i další obory využívají ke svým inovacím nejen nové technologické postupy, ale i dosud neznámé materiály. Některé z nich mají svůj předobraz v přírodě, jiné jsou zcela dílem lidských rukou. 
→ Souboj křemíku s uhlíkem
Nové efektivnější technologie se snaží nasytit věčný hlad po energiích. Inovace se nevyhýbají bateriím a jejich součástem a pochopitelně ani solárním článkům. Uhlík soupeří s křemíkem i dalšími materiály, řada postupů se inspiruje procesy probíhajícími v živé přírodě.


Úvodní foto: © I.M.Redesiuk - Fotolia.com

Vyšlo v CIO Business World 12/2013
Časopis lze koupit se slevou 20 %





Komentáře