Článek
Představte si materiál, který je lehčí než peří, ohebný jako plast, ale zároveň 300krát pevnější než ocel a elektřinu vede lépe než většina kovů. To není sci-fi z Marvelu, ale realita současné vědy.
Zde je fascinující pohled do světa super-materiálů, vysvětlený jednoduše a s těmi nejzajímavějšími perličkami.
Král nanotrubic: Když se uhlík převlékne za supermana
Donedávna platilo, že kovy jsou skvělé na vedení elektřiny, ale jsou těžké. Plasty jsou zase lehké, ale elektřinu izolují. Vědci proto vzali uhlík – přesně ten obyčejný uhlík, který máte v tužce – a uspořádali jeho atomy do neuvěřitelného tvaru.
Vznikly uhlíkové nanotrubice (CNT). Představit si je můžete jako neviditelné mikro-slámky zavinuté z jediné vrstvy atomů.
Čím jsou výjimečné? Mají v sobě volné elektrony, které jimi mohou svištět bez odporu, takže vedou elektřinu jako blesk.
Šílená pevnost: Lano spletené z těchto nanotrubic by mělo takovou sílu, že by se dalo přeříznout pouze diamantovou pilou. Kdybychom z něj vyrobili nit tlustou jako běžný šicí provázek, udržela by bez problému visící osobní auto.
Vědecký průlom: Vědci nanotrubice „nadopovali“ speciální chemickou sloučeninou. Výsledek? Vodivost vyskočila 17krát nahoru, ale ta neskutečná pevnost zůstala.
Proč je to fascinující pro běžný život?
Díky tomuto materiálu můžeme brzy zapomenout na těžké měděné dráty v letadlech nebo autech. Pokud nahradíme kilometry měděných kabelů těmito lehkými nanotrubicemi, letadla budou vážit o tuny méně, spotřebují minimum paliva a letenky mohou rapidně zlevnit. Navíc se mluví o tom, že toto je jediný materiál na světě, ze kterého by šlo postavit vesmírný výtah – lano vedoucí ze Země až na oběžnou dráhu, které by se nepřetrhlo vlastní vahou.
2D Zázrak zvaný Grafen: Nejsilnější „papír“ vesmíru
Grafen je v podstatě jedna jediná vrstva atomů uhlíku. Je tak tenký, že je prakticky průhledný a považuje se za nejtenčí a nejpevnější 2D materiál na světě.
Představte si to v praxi: Kdybyste vzali list grafenu o tloušťce obyčejné kuchyňské fólie na potraviny, k jeho protržení byste potřebovali slona balancujícího na špičce ostré tužky.
Dokonalý vodič: Elektrony se v něm pohybují rychlostí blížící se rychlosti světla. Vede elektřinu mnohem lépe než měď, která dnes pohání celou naši planetu.
V čem je háček a proč v něm ještě nemáme zabalené telefony?
Vyrobit grafen v laboratoři o velikosti špendlíkové hlavičky je snadné. Ale vyrobit z něj souvislý, neporušený koberec dlouhý několik kilometrů je pro lidstvo zatím oříšek. Jakmile v něm vznikne sebemenší trhlina, jeho magické vlastnosti mizí. Vědci na tom však dnem i nocí pracují.
Vodivé plasty: Když chemie popře sama sebe
Už ve škole nás učili, že plast elektřinu nevede (proto jsou kabely obalené gumou a plastem). Jenže moderní chemie tato pravidla přepsala a stvořila vodivé polymery.
Jak to funguje? Vědci donutili molekuly plastu, aby se seřadily do dokonale pravidelných krystalických struktur. Tím v nich vytvořili jakési „dálnice“, po kterých mohou elektrony volně proudit.
V čem je trik? Sice nejsou tak extrémně pevné v tahu jako uhlíkové nanotrubice, ale jsou neuvěřitelně ohebné a elastické. Můžete je mačkat, natahovat nebo ohýbat, a přesto fungují.
Proč nás to baví?
Představte si bundu, která má v sobě neviditelně vetkané topení z tohoto plastu, nepotřebuje žádné dráty a napájí se sama z tepla vašeho těla. Nebo ohebné telefony, které můžete srolovat do ruličky jako noviny a dát do kapsy, protože jejich základní deska i displej jsou vytištěné z tohoto vodivého plastu.
Rychlé srovnání: Který super-materiál vyhraje v čem?
Uhlíkové nanotrubice (CNT): Absolutní šampion v nosnosti a lehkosti. Ideální pro konstrukce raket, letadel a neprůstřelných vest, které váží stejně jako letní tričko.
Grafen: Král rychlosti a miniaturních rozměrů. Změní svět počítačových procesorů a senzorů, které budou tisíckrát rychlejší než ty dnešní.
Vodivé polymery: Vítěz v pohodlí a ohebnosti. Najdete je v chytrém oblečení, lékařských senzorech na kůži a ohebných displejích.
