Zázračné materiály môžu zmeniť náš svet

Začalo to pazúrikom v dobe kamennej, neskôr prišiel bronz a potom železo. Všetky tieto materiály umožnili vyrábať účinnejšie zbrane, ale aj lepšie nástroje. Plasty v minulom storočí možno neznamenali revolúciu v obrannom priemysle, ale mnoho druhov sa uplatňuje aj tam. Aké supermateriály môžu ovplyvniť náš svet dnes? O niektorých uvažoval portál GIZMODO.

Elektrina z recyklovaného tepla

Odpadové teplo je neodmysliteľným prejavom každého zariadenia s elektrickým napájaním a tepelného stroja. Odhaduje sa, že až dve tretiny všetkej využívanej energie sa mení na teplo. Termoelektrické materiály však dokážu z rozdielu teplôt generovať elektrinu. Kalifornská spoločnosť Alphabet Energy v minulom roku predstavila termoelektrický generátor, ktorý sa zapája priamo do výfukového potrubia bežného  agregátu a mení odpadové teplo na užitočnú elektrinu. Generátor Alphabet Energy používa relatívne lacný a prírodný termoelektrický materiál tetraedrit, ktorý môže dosiahnuť účinnosť 5-10 percent.

Pozrite si: Vedci našli náhradu za titán, stojí desatinu

Vedci tiež otestovali ďalší, účinnejší termoelektrický materiál s názvom skutterudit, čo je druh minerálu s obsahom kobaltu. Skutterudit by mohol byť dostatočne lacným a efektívnym materiálom pre široké nasadenie.

Lacné solárne články

Fotovoltaické materiály sú čoraz lacnejšie a účinnejšie, no ďalšie fyzikálne a chemické vlastnosti umožnia ich netradičné využitie. Možnosť nanášania na ľubovoľný povrch otvorí dvere k novým aplikáciám od karosérií áut, po odevy. Perovskity boli objavené pred viac ako storočím, no prvé solárne články z nich boli vyrobené len v roku 2009. Mali mizernú účinnosť 3,9%, ale už v roku 2014 dosiahli v laboratóriu účinnosť 19,3%, čím sa takmer dotiahli na kremík.

Pozrite si: Spectrolab ohlásil solárne články s účinnosťou až 37,8%

perovskites

Solárne články vyrobené z perovskitov. Foto: University of Oxford

Perovskity sú navyše oveľa lacnejšie oproti kryštalickému kremíku a dajú sa striekať na podkladový materiál, napríklad na sklo. Vedci pritom predpokladajú, že účinnosť sa ešte podarí zvýšiť.

Biológiou inšpirované samozaceľujúce sa plasty

Scott White so svojím tímom na University of Illinois vyvinul biológiou inšpirované plasty, ktoré sa môžu samé „vyliečiť“. Nový polymér sám zacelí vzniknutý otvor, alebo trhlinu. Zatiaľ čo iné materiály boli schopné „liečiť“ len mikroskopické trhliny, nový polymér opraví otvor až 4 mm široký s lúčovitými prasklinami. Polymér obsahuje akýsi cievny systém s tekutinou, ktorá pri poškodení vytvorí zrazeninu, podobne ako krv.

zazracny-samouzdravujuci plast

Samozaceľujúci sa plast. Foto: UIUC

Nové materiály zatiaľ nie sú dostatočne lacné na to, aby umožnili vytvárať napríklad cesty so samoopravujúcim sa povrchom. Aj keď tie by sme po zime vždy potrebovali ako soľ. Primárne nasadenie je preto v kozmických technológiách, alebo v extrémnych expedíciách.

Aerogély

Tieto materiály vyzerajú až neskutočne étericky. Ako naznačuje názov, ide o gély, kde je kvapalina nahradená vzduchom, pričom mriežka môže byť vytvorená z kremíka a ďalších materiálov, vrátane grafénu. Vďaka ich mimoriadnej ľahkosti sa nazývajú aj „zmrazený dym“.

Ich štruktúra je za vysokou pevnosťou a termoizolačnými schopnosťami. Nevýhodou tohto materiálu je však krehkosť, najmä pri aerogéloch na báze kremíka.

zazracny-aerogel

Aerogél. Foto: NASA

Aj preto NASA uvažuje s nasadením aerogélov ako izolačným materiálom v kozmických lodiach v modifikovanej podobe. Vyššiu pružnosť majú priniesť ďalšie materiálové prímesi na báze polymérov.

Stanén — supravodič budúcnosti

Tak ako známy grafén, aj stanén je tvorený jednou vrstvou atómov, v tomto prípade atómov cínu. K jeho podstatným vlastnostiam patrí zázračná schopnosť viesť elektrinu. Stanén je totiž supravodič, ktorý vykazuje nulový elektrický odpor. Presnejšie povedané ide o takzvaný topologický izolátor, čo znamená, že jeho okraje sú vodivé a jeho vnútrajšok je izolant.

zazracny-stanen

Molekulárna štruktúra stanénu. Foto: SLAC

Ide o nový materiál, ktorý bol teoreticky popísaný v roku 2013 profesorom Shoucheng Zhangom zo Stanfordskej Univerzity. Zo simulácií vyplýva, že stanén by mohol byť supravodivý dokonca pri izbovej teplote, čo by znamenalo revolúciu v mnohých oblastiach techniky, vrátane mikroelektroniky.

Zhangove predpovede vlastností iných topologických izolátorov sa ukázali ako správne, takže ostáva vlastnosti stanénu potvrdiť len experimentálne. Háčik je v tom, že tento materiál zatiaľ nevieme vyrobiť, ale úspech je len otázkou času. Ani výroba grafénu nebola jednoduchá.

Zdroj: GIZMODO

Komentáre k článku