Němečtí vědci vytvořili nejlehčí materiál

Výraz „lehký jako pírko“ nevystihuje materiál, který představili v časopise Advanced Materials odborníci z Hamburské univerzity. Nazývají ho „aerografit“ (složenina ze slov vzduch a uhlík) a jde o zatím nejlehčí materiál na světě. V podstatě jde o síť tenkých uhlíkových vláken. Metr krychlový této „pavučiny“ činí méně než 200 gramů. To znamená, že téměř každý z nás by dokázal zvednout krychli s hranou o délce 5 metrů (cca 25 kg). Hlavně díky tomu, že aerografit je z větší části to, co jeho název napovídá: vzduch. Jednotlivá uhlíková vlákna mají mezi sebou spoustu volného prostoru. Přesto nemusí jít o materiál, který skončí jenom v Guinnessově knize rekordů a jinak nenajde použití (byť to samozřejmě není vůbec vyloučené). Aerografit je totiž poměrně robustní a v ruce se vám rozhodně nerozpadne jako chmýří, i když je mnohokrát lehčí. Je poměrně pevný i pružný: zvládne kompresi do mnohonásobně menšího objemu a vlákna se znovu narovnají (nu, vždyť je to z větší části vzduch). Přesné údaje, včetně například výsledků testů pružnosti v tahu, najdete v práci německých vědců. Nepochybně jde ovšem o rekord: pokud byste hledali předchozí držitele titulu nejlehčího materiálu, narazili byste na látky zhruba pětkrát hmotnější. Zhruba 900 gramů na 1 m3 má hmotnost mřížka ze sloučeniny fostoru a niklu, kterou v loňském roce představili odborníci z laboratoří HRL v USA. Ještě předtím se za nejlehčí považoval materiál aerogel z oxidu křemičitého, který používala sonda Stardust ke sběru vzorků částic meziplanetárního prachu. Jeho hustota se pohybovala přes kilogram na 1 m3 objemu. Gel byl tak jemný (říká se mu kvůli vzhledu také „zmrzlý dým“), že částice prachu, které do něj v rychlosti několika kilometrů za sekundu narazily, přežily srážku v nezměněném stavu. Při dopadu na pevnější materiál by se zahřály a vypařily. Hlavní použití ale dnes skýtají aerogely (není jenom jeden), jako tepelná izolace, protože v téhle roli jsou velmi účinné. Největší potíž je kromě ceny v tom, že se materiál znehodnocuje v přímém styku s vodou. Aerogel je totiž v podstatě gel zbavený vody tak pomalu, že si zachová svou strukturu. Ve styku s vodou se vrací ke své gelové podstatě. Problém lze do jisté míry obejít, ale není to úplně jednoduché. Materiál sám není tak převratný, jak by se mohlo laikům zdát: „Takhle pěkné sítě z nanotrubiček (tak se říká mikroskopickým válečkům, které tvoří někdy jen atom silnou vrstvou uhlíku, pozn. red.) se často nevidí, ale na druhou stranu to není úplná novinka“, říká Otakar Frank z Ústavu fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského. S růstem uhlíkových nanotrubiček do „třetího rozměru“ se podle Otakara Franka experimentuje už delší dobu. Pokusy se více či méně liší použitým postupem, v některých případech byly dokonce do značné míry podobné technologii německého týmu. Ten vytvořil pavučinu z uhlíku na „lešení“ z oxidu zinku, který nechali rozložit a doslova odfouknout. Tento postup také znamená, že aerografit lze vytvořit více či méně „řídký“, a tedy i hmotný. Ale hranici kolem 0,2 kg/m? můžeme zřejmě považovat za tu spodní. Proč se tím zabývá tolik týmů? Za prvé proto, že uhlík je dnes v kurzu, především díky „zázračnému“ materiálu grafenu. To je tenká vrstva uhlíku, znovu nejlépe o síle jediného atomu, který díky svým vlastnostem učaroval v posledních letech fyzikům. Grafen nejspíše uvidíme poprvé v dotykových displejích, ale jeho použití je zřejmě mnohem širší. Zajímavé bude například sledovat, zda skutečně nahradí v elektronice křemík a umožní tak další výkonnostní skok, jak se dnes domnívá řada odborníků. Nejrůznější typy „3D uhlíku“ více či méně podobné aerografitu by mohly dále rozšířit slibné možnosti prvku. Mohla by tak vzniknout úplně nová skupina lehkých, případně vodivých a přitom velmi odolných a pevných materiálů. Využití by mohla být mnohá, jedno z nich je například pro čištění odpadů nebo výrobu lehčích a trvanlivějších baterií. I když konkrétně v případě aerografitu tohle není zrovna jisté, protože je příliš porézní. Na druhou stranu je možné ho stlačit nebo vyrobit hustší a tak jeho vlastnosti regulovat. Pohádkově lehký uhlík tak rozhodně nemusí zůstat jenom rekordmanem uzavřeným v laboratoři. Josef Janků