Technika

Nanotrubky s diamantovým povlakem, nejtvrdší materiál světa a torzní pružina

Ve světě nanotrubek se objevilo několik novinek. Byly vyzkoušeny jako pružiny, nanesli jsme na ně povlak diamantu a také jsme z nich vyrobili materiál tvrdší než diamant.

Materiál tvrdší než diamant z nanotrubek a fullerenů

Byl vytvořen materiál, který je schopný poškrábat diamant tím, že výzkumníci směs fullerenů (C60 – uhlíková molekula ve tvaru kopacího míče) a nanotrubek dali pod tlak 200 atmosfér a zahřáli na asi 2300°. Vzniklý materiál je o 0,3 % hustší než diamant a také tvrdší. Tvrdost materiálu nevzniká tím, že by atomy měly silné vazby přímo mezi sebou, ale tím, že jsou fullereny a nanotrubky mezi sebou důkladně propleteny. Objev to není nový, ale vědci se až nyní dostali k detailnějšímu prozkoumání vlastností materiálu. Využití se najde spousta. Nasnadě je zejména obrábění běžných diamantů nebo obrábění jiných těžko obrobitelných materiálů díky tomu, že nový supertvrdý materiál je teplotně velmi stabilní.

Torzní pružina z nanotrubky

Vědci nechali vyrůst dvě jednostěnné nanotrubky na závaží ze zlata a chrómu a natáhli je mezi dvě stěny. Vytvořili tak zkrutnou pružinu. Jako když doprostřed provázku něco navážete, provázek natáhnete a to něco roztočíte, tak se to bude točit střídavě na jednu a druhou stranu s jistou frekvencí. Závaží vážilo 2x0,0000000000000001kg a mělo moment setrvačnosti (udává to, jak těžko lze závaží roztočit) 7x0,000000000000000000000000000001kg x (m x m). Průměr nanotrubky byl 1,5 nm, délka nebyla uvedena. Rezonanční frekvence (kolikrát za sekundu se závaží ocitne ve stejné poloze při stejném směru pohybu) byla vypočtena na 100 kHz. Kmity byly vybuzené pouze tepelným pohybem molekul soustavy. Je to zajímavý test mechanických vlastností jednostěnné uhlíkové nanotrubky. Uvidíme, zda je bude možné využívat jako mechanické oscilátory – při stabilní frekvenci třeba do přesných hodinek, jinak vcelku na nic. Důležité také je, že se vědcům podařilo na kovovém povrchu nanotrubky nechat vhodně vyrůst.

Nanotrubky s diamantovým povlakem

Do pece s čerstvě vyrobenými nanotrubkami v inertní atmosféře vědci přidali trochu vodíku. Ten je normálně škodlivý, protože snadno reaguje s uhlíkem a nanotrubky rozloží, ale když je ve správné koncentraci, tak pouze lehce naruší jejich strukturu a na těch místech se začne vytvářet diamantový povlak silný 20 až 100 nm. Když nejpevnější materiál světa potáhneme nejtvrdším, získáme mechanicky dokonalou formu hmoty. V praxi se pravděpodobněji uplatní spíše v elektronických zařízeních. Diamantem pokryté nanotrubky i při nízkých elektrických napětích snadno emitují elektromagnetické záření (např. viditelné světlo), a tak mají perspektivu stát se součástí displejů s nízkou spotřebou a vysokým rozlišením. Ale ani využití skvělých mechanických vlastností není vyloučeno. Mohly by se stát součástí široké škály kompozitů.

Bouřlivý vývoj

Tři výše uvedené nanotrubkové objevy spolu přímo nesouvisí, ale je na nich vidět, jak širokou škálu zajímavých vlastností u nanotrubek objevujeme. Uhlík nás stále udivuje tím, jaké rozdílné vlastnosti může mít. Od prostého grafitu (tuhy) přes diamanty, nanopěnu a fullereny se dostáváme k na nanotrubkám a z těch opět vytvoříme něco, co je tvrdší než diamant. Stále se jedná o jeden druh atomu a pokaždé je to navenek něco zcela jiného.Příroda si pro nás schovává ještě hodně tajemství.

Studené plazma proti biologickým zbraním

Studené plazma se poměrně běžně využívá ke sterilizaci. Pro široké použití je vhodné, aby zdroj plazmy byl jednoduchý malý a levný. Takové zařízení by mohlo znamenat účinnou obranu proti biologickým zbraním.

Plazmová tužka

Vědci sestrojili zařízení na výrobu studené plazmy, které se vejde do dlaně. Studená plazma se vyrábí tak, že mezi dvě kruhové elektrody o průměru 2,5 cm s malým otvorem uprostřed se vstřikuje proud hélia. V prostoru mezi elektrodami se ionizuje a promění na nízkoteplotní plazma mikrosekundovými pulsy elektrického napětí a vystupuje otvorem v druhé elektrodě jak je vidět na obrázku níže. Délka plamenu je až 5 centimetrů a může být regulována změnou vzdálenosti elektrod, změnou rychlostí vstřikovaného plynu nebo změnou napětí. Zásadní výhodou této koncepce je, že se plyn nezahřívá a nedochází ke vzniku elektrického oblouku. Takže se plazmy můžete dotknout i holou rukou. Použití studené plazmy není nové. Používá se zejména ke sterilizaci – tedy zabíjení bakterií v potravinářství nebo také u medicíského příslušenství a nástrojů. Nová konstrukce zjednoduší a zlevní jeho použití. Zdroj elektrického napětí je u všech zařízení obdobný, takže to zcela přelomový objev není – spíše jednoduché vylepšení.

Co je studené plazma

Jakékoliv plazma je v podstatě ionizovaný plyn, který se navenek jeví elektricky neutrálně. V plazmovém objektu se nosiče náboje (ionty atomů a elektrony) pohybují nezávisle na sobě, takový útvar je elektricky vodivý a jako celek reaguje na vnější elektrická či magnetická pole. Se "skoro plazmou" se setkáváme zcela běžně v podobě plamene, kterým je velmi slabě ionizované plazma, ale nereaguje na vnější elektromagnetická pole. Studené plazma má také podíl ionizovaných částic malý – asi jedno procento. Teplota iontů je blízká okolní teplotě, ale rychlost pohybu elektronů odpovídá teplotám několik tisíc stupňů. Jelikož jsou málo hmotné, je vliv jejich teploty na navenek projevovanou teplotu plazmatu jako celku nízký.

schema fce noveho zarizeni na vyr. studeneho plazma

Obrana proti biologickým zbraním

Plazma likviduje bakterie tím, že nabité částice a vysokorychlostí elektrony naruší jejich buňečný obal. Už dnes se plazmou čistí voda i vzduch, ale při zjednodušení její výroby, by snadno taková zařízení v případě hrozby biologického útoku, mohla hromadně nasadit a zabránit velkým ztrátám na životech. Je třeba zvážit, zda neexistují efektivnější způsoby ochrany, ale každá varianta je dobrá. Použití v potravinářství a medicíně je užitečné již dnes.