Domů     Objevy
Čeští vědci rozvíjí unikátní vlastnosti grafenu
Zdroj: Creative Commons

Grafen je posledním přírůstkem do uměle vytvořených uhlíkových struktur. Pro své neobyčejné vlastnosti nalézá uplatnění v kosmickém průmyslu i letectví. Vědci z Akademie věd České republiky jeho strukturu upravili tak, že odolává žáru lépe než ocel..

V roce 2010 obdrželi Nobelovu cenu za fyziku vědci Andre Geim a Konstantin Novoselov z univerzity v britském Manchesteru za objev grafenu. Ten se jim přitom povedlo poprvé vytvořit teprve o šest let dříve.

Grafen je pevná látka tvořená velmi tenkou vrstvou uhlíku o tloušťce pouhého jednoho atomu. Jednotlivé atomy uhlíku jsou potom v této vrstvičce uspořádány do pravidelné šestiúhelníkové mřížky. Díky minimální tloušťce je grafen průhledný.

Vedle toho ale vede elektrický proud a pevné uhlíkové vazby mu také propůjčují značnou pevnost.

Nejlehčí materiál na světě

Tým okolo profesora Gao Čaa z univerzity v čínském Če-ťiangu následně vynalezl metodu, jak z grafenu vytvářet i trojrozměrné objekty. Jedná se o takzvaný grafenový aerogel, nejlehčí pevný materiál na Zemi.

Svojí strukturou připomíná houbičku na nádobí, ale je extrémně lehký. Trojrozměrná grafenová struktura je totiž velmi „řídká“. Uhlíkové atomy grafenového aerogelu zabírajícího objem jednoho metru krychlového proto váží pouhých 160 gramů.

Prostor mezi nimi je pak vyplněn vzduchem, případně jinými molekulami, a proto se ve vzduchu nevznáší. Grafenový aerogel vzniká rychlým vysušením grafenového hydrogelu působením velmi nízkých teplot, kdy jsou molekuly rozpouštědla v hydrogelu nahrazeny vzduchem při zachování trojrozměrné grafenové struktury.

Michel Meo a tým vědců z univerzity v anglickém Bathu dále upravili grafenový aerogel přidáním polyvinylalkoholu, čímž dali vzniknout nejlepšímu zvukovému izolantu. Ten si zachovává velice nízkou hmotnost, a přitom pohlcuje zvukové vlny.

To jsou velmi žádané vlastnosti například v leteckém průmyslu. Pokud by se tento aerogel použil jako zvuková izolace proudového motoru na dopravním letadle, klesla by jeho hlučnost v kabině na úroveň fénu na vlasy.

Jeho výroba a tvarování je přitom velmi snadné. Autoři jej přirovnávají k cukrovým pusinkám, které se jen místo zapékání v troubě rychle vysuší mrazem.

Zdroj: René Volfik, FZÚ AV

Přirovnání grafenového aerogelu k houbičce na nádobí je velmi trefné. Struktura je podobná, jen v případě grafenového aerogelu jde až na nanoúroveň. Pokud by byla houbička na nádobí vyrobena z grafenu, její savost by se zvýšila více než tisícinásobně.

Pevnost grafenu přispívá i k velké stlačitelnosti aerogelu, je možné jej stlačit na méně než desetinový objem bez jakéhokoliv mechanického poškození. Podobně jako když zmuchláte houbičku na nádobí, jenže u ní to jde jen o zhruba 20 %.

Jak vytvořit nehořlavý uhlík

Grafen je tvořen uhlíkem a ten je hořlavý. Velmi ale záleží na jeho uspořádání. Grafenová vrstva se vznítí při teplotě přibližně 550 ⁰C. Diamant, který je také tvořen čistým uhlíkem, vzplane při teplotách nad 720 ⁰C. Například ocel se vznítí až při teplotách překračujících 1300 ⁰C. Jiří Červenka, jenž vede tým vědců Fyzikálního ústavu Akademie věd České republiky, který se zabývá laděním vlastností grafenového aerogelu tak, aby lépe odolával vysokým teplotám, vysvětluje:

„Vyvinutý materiál má nízkou tepelnou vodivost, a navíc je velmi lehký a pružný. Materiálů, které vydrží vysokou teplotu při požáru, existuje velmi málo.“.

Český tým vyplnil mezery v grafenovém aerogelu molekulami oxidu uhličitého. Ty fungují jako přirozený samozhášecí mechanismus, podobně jako hasicí přístroje na CO2, a brání vznícení jednotlivých grafenových vrstev.

Díky tomu tento nový materiál odolává teplotám až 1500 ⁰C, a přitom si zachovává žádané vlastnosti aerogelu, tedy minimální hmotnost, pružnost a stlačitelnost, a zároveň vysokou pevnost srovnatelnou s ocelí.

Tento materiál by tak mohl být použit na svrchní vrstvu nehořlavých obleků, a nahradit tak dnes nejpoužívanější Nomex.

Štítky:
reklama
Související články
Existuje skupina onemocnění, v 95 % zatím neléčitelných, jimiž celosvětově trpí více lidí, než je pacientů s rakovinou a AIDS dohromady. Přesto jsou nazývána jako vzácná onemocnění, protože na každé z nich připadá jen několik stovek či desítek pacientů. Vzácných onemocnění je však známo okolo 7000 a v ČR jimi trpí půl milionu osob (a […]
Po dlouhá léta sváděli mnohdy nerovný boj s rakovinou především lékaři, a to s pomocí chemoterapie, ozařování nebo léčiv. Co kdyby však tuto práci najednou převzal někdo jiný? Někdo tak malý, který svou pozornost dokáže zaměřit výhradně na buňky spojené s nádorovým bujením? Například genetiky ze Šen-čenské univerzity upravená střevní bakterie Escherichia coli. Na začátku […]
Pacienti s celiakií, pšeničnou alergií a intolerancí se konečně dočkají bezlepkového pečiva kvality konvenčního pečiva. Novou recepturu vyvinul tým výzkumníků společnosti Perník s.r.o., Mikrobiologického ústavu AV ČR, Výzkumného ústavu potravinářského Praha a firmy RADANAL s.r.o. Technologická agentura České republiky (TA ČR) podpořila tento projekt v rámci Programu EPSILON.   Bezlepková bageta je výsledkem čtyřletého výzkumného […]
Prach v okolí center galaxií významně ovlivňuje měření jejich vzdáleností ve vesmíru. Upozornil na to tým fyziků pod vedením Michala Zajačka z Masarykovy univerzity, kteří zpracovávali ultrafialová a rentgenová data ze souboru 58 aktivních galaxií. Astrofyzici, kteří se dlouhodobě zabývají vznikem, strukturou a vývojem vesmíru, využívají explodující hvězdy, neboli supernovy, jako tzv. standardní svíčky. Standardní […]
Amelie Earthartová byla první ženou, která v roce 1928 přeletěla Atlantský oceán. V roce 1937 se vydala na další let s cílem obletět svět kolem rovníku. Během něj zmizela nad Tichým oceánem. Tým průzkumníků se nyní domnívá, že se jim pod hladinou podařilo objevit vrak jejího letadla. První pokus o let kolem světa jí nevyšel, […]
Nejčtenější články
za poslední
24 hodin    3 dny    týden
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
reklama
Copyright © RF-Hobby.cz