Povstání maličkostí

Od objevu před 16 lety mají uhlíkové nanotrubičky se svými fascinujícími vlastnostmi ambice změnit svět. Jen kdyby jejich výrova nebyla tak náročná a drahá. Teprve nedávno se podařilo výzkumným pracovníkům společnosti Bayer Technology Services vyvinout novou metodu výroby malinkých trubiček z čistého uhlíku ve velkém množství, v dobré kvalitě a poprvé za výhodnou cenu. Snášejí vyšší tažné síly než ocel, vedou lépe teplo než diamant a podle struktury jsou elektrickými vodiči nebo polovodiči. Oblast jejich využití je rozsáhlá. Díky nim mohou být plasty elektricky vodivé, keramika žáruvzdorná, elektrody účinnější a technické materiály stabilnější. Možnosti využití dosud omezovaly vysoké výrobní náklady. Tak zvaný Carbon Nano Tubes (CNT) se vyráběl po gramech, nákladnými a náročnými metodami za vysoké ceny. Při ceně 1000 eur za kilogram byl materiál při širokém využití nerentabilní. Snahou je produkovat uhlíkové nanotrubičky v nejvyšší kvalitě a za cenu pod 50 eur za kilogram. Díky svému tvaru jsou trubičky mimořádně všestranné. V rozměrových poměrech jsou jako stébla, která ovšem mají na délku 250 m. Uhlíkové atomy vytvářejí ve stěnách pravidelné 6úhelníkové mřížky jako plásty ve včelím úlu. Díky tomu jsou molekuly stabilní vůči chemickým vlivům a odolávají mechanickému napětí 60krát lépe než ocel – při šestině hmotnosti. Elektrické vlastnosti se mění s konstrukcí. Jsou-li hrany 6úhelníků paralelní s osou válce, vedou nanotrubičky proud 1000krát lépe než měď, stojí-li kolmo, reagují jako polovodič. Obě varianty nejsou citlivé na teplo. CNT jsou tak ideálním materiálem pro elektrody nebo vysokotaktní tranzistory. Pro každou aplikaci existují řešení CNT, odlišující se průměrem, délkou a tloušťkou stěny. Růst trubiček je ovládán různými vhodnými katalyzátory. Čím aktivnější a selektivnější jsou použité katalyzátory, tím delší trubičky dostáváme. Do reaktorových pecí naplněných katalyzátorovým granulátem je vháněn plyn obsahující uhlík, například methan nebo ethan. Při teplotách nad 700 °C vznikají jemné uhlíkové atomy, které se pravidelně vrstva po vrstvě ukládají na krystaly katalyzátoru a vytvářejí trubičky. Z pouhého gramu katalyzátoru prozatím naroste více než 150 gramů nanotrubiček bez vzniku nečistot, jako jsou např. saze. Vznikající produkt má sám o sobě čistotu překračující 99 %. Takový stupeň čistoty není zdaleka dosahován standardními metodami laserové ablace nebo pomocí světelného oblouku. V pokusném zařízení Bayera v Leverkusenu již vznikají asi 2 kg Carbon Nano Tubes denně. Již brzy by to ale měl být kilogram za hodinu. Reaktor se dá v daných poměrech snadno zvětšovat. Na rozdíl od dosavadní praxe mohou být katalyzátory a plyny kontinuálně přiváděny a hotové trubičky mohou být odebírány bez nutnosti odstavovat reaktor nebo měnit teplotu a tlak. Kromě hromadné výroby je cílem současných výzkumů také identifikování atraktivních aplikačních oblastí CNT. Ve společném projektu vyvíjejí výzkumníci Bayer Technology Services a Bayer MaterialScience metody jak z CNT a plastů získat nové kompozitní materiály a jak je zpracovávat. Výsledkem mohou být například elektricky vodivé plastové blatníky a nárazníky automobilů, ohleduplné vůči životnímu prostředí – protože je lze lakovat elektrostaticky. Dalším příkladem mohou být plasty, které nejsou křehké a jsou vystavěny na principu železobetonu: masa polymerů přejímá tlak a CNT kostra odvádí tahové zatížení. K dalším aplikacím lze počítat sportovní náčiní s větší rázovou stabilitou, vícevrstvé benzinové hadice s vyšší těsností a bez elektrostatických nábojů, vodivé fólie a nosiče pro antistatické balení elektronických součástí, keramické součásti turbín se zlepšenou teplotní vodivostí a lithium-iontové baterie se zvýšenou proudovou kapacitou. Jen malé procento nanotrubiček je šetrně směšováno s polymery. To však postačuje k tomu, aby vetkaná uhlíková síť plnila svůj účel bez újmy na vlastnostech plastu. Vědci jsou přesvědčeni o značných možnostech CNT ve zlepšování vlastností produktů i o odkrytí nových aplikačních oblastí. Potenciál těchto fascinujících trubiček se rozprostírá od nových technických materiálů až po funkční materiály a elektronické aplikace (např. pro počítačové paměti a displeje). /an/