Hustý čtení

Vezměte list, postavte na něj špendlík a na špendlík slona

Kdysi se o nich psalo ve sci-fi. Jules Verne něžněl nad představou křišťálového skla, které v oknech ponorky odolá obřímu tlaku. James Bond měl k dispozici nepřetrhnutelné lano namotané v hodinkách a komiksy popisovaly hrdiny střílející pavučinu. Dnes se o supermateriálech dočítáme v novinách pomalu každý den. Navíc o tak podivných, že by se z toho Spiderman omotal vlastní sítí a šel se s Jamesem Bondem potopit do moře ke kapitánu Nemovi.
AddThis

Příchod supermateriálů nebyl žádné překvapení. Jako první o nich promluvil v roce 1959 americký fyzik Richard Feynman. Feynman, jeden z největších mozků lidské historie, tehdy platil za celebritu první třídy. Jeho přednášky se vysílaly v televizi a vycházely v knihách. Často se v nich pouštěl do oblastí, které daleko přesahovaly rámec tehdejší vědy. V semináři There's Plenty of Room at the Bottom (Tam dole je spousta místa) rozvinul teorii o tom, že se nemusíme nechávat svazovat vlastnostmi materiálů, které vytvořila příroda. Pokud budeme schopni manipulovat jednotlivými atomy, můžeme si jejich vlastnosti upravovat podle libosti. 

Feynmanova genialita se potvrdila v tom, že během následujících desetiletí se jeho následovníkům podařilo zrealizovat prakticky vše, co ve své přednášce nadnesl. Od encyklopedií psaných na špendlíkovou hlavičku po chemické procesy a nástroje schopné přemisťovat jednotlivé atomy. Možná jste si toho nevšimli, ale žijeme v době, kdy se díky novým materiálům do pár let pravděpodobně obrátí svět vzhůru nohama (ne doslova, ale člověk nikdy neví). Takže mrkejte na drát.

Nejpevnější pancíř z tuhy

Grafen je materiál, který nedávno způsobil na patentových úřadech scény jak vystřižené z filmu o Járovi Cimrmanovi. Patent na jeho různé podoby v prakticky stejnou dobu podávaly laboratoře nejrůznějších institucí od univerzity v Cambridgi přes IBM po Saab a Lockheed Martin. Samotný fakt, že si na něj přední světové firmy snaží zajistit patent, naznačuje, že grafen je materiálem budoucnosti.

na to, co z prdelky dokáže vysoukat obyčejný pavouk, jsme se závistí zírali ještě nedávno.

V podstatě ale nejde o nic zvláštního. Zjednodušeně řečeno je grafen film vytvořený z jediné vrstvy uhlíkových atomů propojených do struktury připomínající včelí plástev. Právě neuvěřitelná tenkost – grafen je v podstatě dvourozměrný – propůjčuje novému materiálu jeho supervlastnosti. Je třeba neuvěřitelně pevný. Vezměte list grafenu o tloušťce papíru, postavte na něj špendlík a na jeho hlavičku slona. List zůstane neporušený. 

Kromě toho má grafen zázračnou vodivost. Podle pokusů se v jeho struktuře chovají elektrony způsobem, jako by neměly žádnou efektivní hmotnost, a pohybují se prakticky bez omezení. To má spoustu výhod, mimo jiné se s ním dá vyrábět elektřina prakticky z ničeho. V Hongkongu například vědci vygenerovali elektrický proud pouhým ponořením grafenového pásku do chloridu zinku. Pokus čeká pečlivé ověřování. Pokud se totiž jeho výsledky potvrdí, může jít o nový, prakticky neomezený způsob výroby čisté elektrické energie. 

I kdyby se ale tato cesta ukázala jako slepá, možnosti použití grafenu jsou takřka nekonečné. V současnosti se mluví o superprocesorech, skládacích mobilních telefonech, vysoce efektivních solárních panelech a vysokokapacitních akumulátorech elektromobilů. Neuplyne měsíc, aby někdo nepřišel s novým objevem. Na univerzitě v Manchestru například zjistili, že membrána z oxidu grafenu nepropustí žádný plyn ani kapalinu (ani helium, které projde i sklem). Jedinou výjimkou je voda, která membránou naopak volně protéká. Objev tedy může být řešením stále narůstajícího problému nedostatku pitné vody – Lockheed Martin už oznámil prototyp grafenového odsolovače vody z moře. V Číně zase nedávno vyrobili grafen ve formě aerogelu. Materiál je sedmkrát lehčí než vzduch (krychlový centimetr váží pouhých 0,16 g, takže se prakticky vznáší), je přitom pevný, pružný a vykazuje ohromující absorpční vlastnosti – dokáže například vstřebat až 900násobek své váhy v oleji a bude ho možné používat pro čištění pozůstatků ropných katastrof. V podstatě jedinou překážkou ve využití grafenu je jeho cena. Když byl objeven, stál cm2 100 milionů dolarů, o rok později to už bylo pouhých 100 dolarů a dnes se pohybuje kolem 10 dolarů za cm2. Pro průmyslové použití je potřeba cenu srazit na řády centů. To ale pravděpodobně nebude trvat dlouho a vzhledem k tomu, že jediným potřebným materiálem pro výrobu grafenu je uhlík – jeden z nejdostupnějších prvků v přírodě – čeká nás pravděpodobně během příštích let ještě spousta překvapení. 

Nekonečno elektriky

Jakkoliv je grafen supervodivý, vědci už dnes pracují na něčem ještě lepším. Profesor Shoucheng Zhang ze Stanfordovy univerzity nedávno publikoval výsledky deseti let výzkumu dvourozměrného materiálu tvořeného atomy takzvaných topologických izolátorů – materiálů, které mají umožňovat naprosto volný tok elektronů při pokojové teplotě. Prakticky by to znamenalo okamžité přenosy informací na neomezené vzdálenosti, bezztrátové vodiče elektřiny a další věci, které se zatím vymykají pochopení. Nový materiál – stanen – bude pravděpodobně vyráběný z cínu, takže se Silicon Valley možná bude brzo přejmenovávat na Tin Valley. 

Perleť A pavoučí vlákno

Velkou inspirací vynálezců nových materiálů je samozřejmě pořád příroda. Odjakživa se například snažíme napodobit perleť – ohromně pevný a extrémním teplotám odolný materiál. Letos na jaře se konečně podařilo inženýrům z Laboratoire de Synthèse et Fonctionnalisation des Céramiques vytvořit umělou keramiku o stejné struktuře a s podobnými vlastnostmi. Počítá se s uplatněním při výrobě motorů, ložisek nebo lehkých, ultrapevných pancířů. 

V oblasti vláken jsme byli na přírodě závislí dlouhá staletí. Pak se sice objevil silon, nylon a další umělá vlákna, ale takové hedvábí je v mnoha ohledech unikát dodnes a na to, co z prdelky dokáže vysoukat obyčejný pavouk, jsme se závistí zírali ještě nedávno. Pavoučí vlákno je jedním z nejdokonalejších materiálů v přírodě. Je pevnější než ocel i kevlar, přitom je neuvěřitelně pružné – dá se roztáhnout až o 40 %, aniž by se přetrhlo. Pokud byste z vláken usnovali lanko o síle tužky, zastavilo by Boeing 747 v plné rychlosti. Problém je v tom, že na rozdíl od larev bource morušového, které snovají hedvábí, se pavouci nedají chovat v zajetí (sežrali by jeden druhého). Odpověď našlo genetické inženýrství. Vědci z firmy Nexia Biotechnologies implantovali pavoučí gen do kozího vajíčka a z mléka geneticky upravené kozy pak získali preparát, který je základní surovinou pro vlákno. Jeden gram této tekutiny vystačí na 9 kilometrů vlákna o síle lidského vlasu. Japonský startup Spiber na to jde z jiné strany. Gen zodpovědný za tvorbu proteinu pavoučího vlákna vložili do bakterií, které dokážou vyprodukovat hotový protein fibroin během pouhých deseti dnů. Materiál nemusí být použit ve formě vláken, ale mohou ho například lisovat do bloků nebo vstřikovat do forem. 

Mikrobiologové z australské Swinburne University of Technology v Hawthornu zase vyrobili z černého křemíku materiál napodobující křídla vážek. Je posetý hroty o tloušťce 20–80 nanometrů, které jsou tak jemné a pevné, že spolehlivě probodávají a zabíjejí bakterie – čtvereční centimetr zničí za minutu půl milionu bakterií. Nový materiál se přitom snadno vyrábí a vynálezci si od něj slibují revoluci ve výrobě potravinových obalů. V této oblasti mimochodem už nyní vykazuje zajímavé výsledky švédská firma Tomorrow Machine. Vyvinula například krabičku na džus vyrobenou z želatiny produkované mořskými řasami, která se po vypití obsahu sama smrskne a do měsíce zcela zmizí.

Plášť neviditelnosti 

Podobným postupem vyrobili inženýři britské firmy Surrey Nanosystems materiál posetý vlákny 10 000krát tenčími, než je lidský vlas. Díky nim pohlcuje 99,965 % všech fotonů (ty prostě uváznou mezi vlákny) a prakticky tedy neodráží žádné světlo. Využití najde superčerný materiál v kalibraci přesných optických přístrojů a vesmírných teleskopů. Spekuluje se i o použití v módě. Superčerné šaty by totiž spolehlivě skryly všechny nežádoucí obliny – jakýkoliv tvar, který z materiálu vymodelujete, je okem neviditelný.

K Nobelově ceně jim nepomohlo zařízení za miliardy řízené superkompjůtry, ale kus izolepy a tuha

Když jsme narazili na neviditelnost, vědci z Univerzity v Sydney před několika dny publikovali výsledky výzkumu takzvaných metamateriálů, ve kterých upravili vlastnosti, jakými reagují s elektromagnetickými vlnami – například se světlem. Jakýkoliv předmět se nám jeví jako viditelný díky tomu, že odráží světlo. Metamateriály ale umožňují určovat způsob, jakým je světlo odráženo nebo ohýbáno a rozptylováno. Nastavením vlastností metamateriálu se nám může předmět jevit jako zrcadlově obrácený nebo deformovaný. Výroba metamateriálů, které budou oku neviditelné, může být otázkou velmi blízké budoucnosti. 

Superlepidlo

Bioinženýři Oxfordské univerzity si vzali pod mikroskop masožravého streptokoka Streptococcus pyogenes. Kromě toho, že je smrtelně nebezpečná, je tato bakterie výjimečně efektivní ve způsobu, jakým se přichytává k napadeným buňkám. Vědcům se podařilo izolovat lepivý protein a přeměnit ho na lepidlo, které se propojuje na úrovni jednotlivých atomů. Výsledný spoj je tak pevný, že se prakticky nedá testovat – všechny testovací pomůcky ze rozlámaly dříve, než povolil samotný spoj. Výhodou lepidla je, že vytváří vazbu jen samo se sebou. Vědci teď pracují na způsobu, jak zázračný protein propojit s jinými materiály a vytvořit tak supersilné, selektivní spoje. Je ale docela možné, že lepidla nebudou vůbec potřebná. Španělská laboratoř Electrochemical Technologies totiž vyvinula polymer, který se dokáže sám opravovat. Vezměte například trubku a přeřízněte ji vejpůl. Oba konce k sobě přiložte a počkejte dvě hodiny. Máte neporušenou trubku s neznatelným spojem, který má 97 % původní pevnosti.

Jídlo z tiskárny

Firma Dovetailed letos představila na veletrhu Tech Food Hack v Cambridgi přístroj, který pomocí 3D tiskárny produkuje umělé ovoce. Můžete si vybrat z jakékoliv příchuti a jakéhokoliv představitelného tvaru a během pár vteřin si pochoutku vytisknout. Dejte tomu pár let a na objednávání pizzy po internetu už nebudete muset čekat na chlapíka na motorce.

Nejzázračnější ze zázračných

Na celém příběhu supermateriálů je nejkrásnější, že ani sebedokonalejší substance není nic proti lidské inteligenci a vynalézavosti. Grafen, zázrak moderní vědy, poprvé izolovali ruští, v Británii pracující vědci Andre Geim a Konstantin Novoselov pomocí lepící pásky. Čtete správně. K Nobelově ceně jim nepomohlo zařízení za miliardy řízené superkompjůtry, ale kus izolepy a tuha. Dva předměty, které se válí každému z nás někde na stole! Když se to vezme kolem a kolem, zjistíte, že nejzázračnějším materiálem na této planetě je stejně šedá kůra mozková. A je dobře, že zrovna tenhle materiál ještě občas dokážeme používat.

AddThis

Téma

Berete si zde přítomného delfína?

Když máte pomalu věk na to se usadit a chybí vám vhodný protějšek, nemusíte truchlit. Každý problém má řešení, a když nejsou lidi, pořád ještě zbývají hadi, hrnce a věžáky.

Čumenda

Bubáci severu

Hory, lesy a hluboké fjordy. To je Norsko. Po staletí v něm žijí Norové, ale nejen oni. Zdejší krásnou a divokou krajinu obývá i řada nadpřirozených bytostí. Některé jsou dobré, jiné podstatně méně. Vyfotil je Ole Marius Jørgensen.

Podobné články: Hustý čtení

2015 | 5 | Mistři

Bruce Lee byl hlavně tanečník čači

Malého mňoukajícího zabijáka zbožňuje každý, kdo kdy zakopl na tatami a praštil se nunčaky do rozkroku. Od narození Bruce Leeho uplynulo 75 let, chystá se o něm (další) životopisný film a startuje se brucemánie. Takže je nejlepší čas se podívat legendě trochu na zoubek.

2015 | 4 | Zklidni hormon

Za blbou muziku můžete vy

Asi každá generace bojovala o svůj hudební vkus s rodiči. Je celkem jedno, jestli se mládežník snažil otci vysvětlit kouzlo bebopu, rokenrolu, thrashmetalu nebo hip hopu, dopadlo to stejně. Nechápavým obrácením očí v sloup. Načež se mladý hudební nadšenec zapřísáhne, že až on bude starej, tak neztratí schopnost oceňovat novou a progresivní hudbu, a předsevzetí samozřejmě nedodrží. Teda kromě generace dnešní. Ta to zvládne. Hudba totiž skončila a nikam dál se vyvíjet nebude.

2014 | 9 | Z pole do metropole

Kdo vydělává na muzice?

O digitální budoucnosti hudby se mluví přibližně každý druhý měsíc. Většinou při příležitosti vstupu nového dokonalého distribučního systému, který konečně přinese uživatelům pohodlný přístup k oblíbeným písním a hladovějícím muzikantům férový podíl na zisku.
COOKIES
Google+