Syntetické molekuly podobné fullerenům mají dnes v tribologii své nezastupitelné místo. Tyto nanočástice, objevené před zhruba 30 lety, totiž díky své jedinečné struktuře dokážou jako aditiva výrazně snížit tření i opotřebení v motorech, převodovkách i v rámci obráběcího a tvářecího procesu v průmyslu. „Ruku v ruce s tím pak jde samozřejmě i nižší spotřeba pohonných hmot, energie či maziv a delší životnost produktu,“ říká v rozhovoru pro Technický týdeník Milan Štelcl, technický ředitel společnosti Nanotech-Europe.
Uhlíkové fullereny v roce 1985 objevil britsko-americký tým vědců, kteří za tento svůj počin získali v roce 1996 Nobelovu cenu za chemii.
Ano, za objev těchto molekul vděčíme třem profesorům: Robertu F. Curlemu, Richardu E. Smalleymu a Haroldu W. Krotovi. Právě jim se podařilo při zkoumání mezihvězdného prachu laserovým odpařováním grafitu prokázat existenci klastrů s 60 a poté i 70 uhlíky, připomínajících svým vzhledem kulovitý mnohostěn.
Přesněji řečeno, jde o komolý ikosaedr, což je osekaný pravidelný dvacetistěn, kde je 12 pětiúhelníků a 20 šestiúhelníků urovnáno tak, že spolu žádné dva pětiúhelníky nesousedí. Vlastně prakticky stejně vypadá i fotbalový míč, na kterém se dost často tvar fullerenů demonstruje, aby byl snáze představitelný.
Název, který nově objevená částice dostala, pak byla jednoduše poctou architektu Buckminsteru Fullerovi, jenž v roce 1954 uspěl s myšlenkou geodetické kopule, tedy stavby, která tyto částice velmi připomíná.
Uhlíkové fullereny jsou unikátní tím, že jsou velmi malé, měří zhruba 0,7 nm a mají vynikající tepelnou stabilitu. Navíc jsou supravodivé, a to při teplotě relativně vysoko nad absolutní nulou. Jsou také mimořádně odolné vůči tlaku, mají elektrické a některé organické deriváty i magnetické vlastnosti. Do jejich dutiny lze navíc vkládat atomy jiných prvků, čímž lze vlastnosti dále ovlivňovat.
I proto se nyní hojně využívají zejména v materiálovém inženýrství, elektrotechnice, farmaceutickém či chemickém průmyslu.
Dnes již existují také anorganické fullereny, které hrají zcela zásadní roli právě v oblasti mazání. Kdo stojí za jejich objevem?
Tyto molekuly vzešly z rukou profesora Reshefa Tenneho, který v Izraeli pracoval s wolframem a mikročásticemi wolframu i molybdenu. Jemu se v roce 1992 podařilo na Weizmannově institutu věd syntetizovat submikronové částice IF-WS2 podobné fullerenům (jde v podstatě o anorganické fullereny).
Také on byl za tento objev nominován na Nobelovu cenu, ale tu nakonec v roce 1996 získal právě britsko-americký tým, který stál za objevem uhlíkových fullerenů.
Ovšem i když profesor Tenne věděl, že má v rukou nesmírně zajímavý materiál, narazil na technologický problém. V té době bylo prakticky nemožné vyrábět fullereny v potřebných množstvích. Výrobní technologie nebyla připravena na průmyslovou výrobu. Vědci dokázali vyprodukovat maximálně 0,1 g fullerenů denně a výroba jen tohoto malého množství byla skutečně astronomicky drahá.
Další roky tedy profesor Tenne a jeho tým strávili tím, že se snažili částicím lépe porozumět, aby je dokázali vyrábět ve větším množství. V té době do procesu investičně vstoupil i soukromý subjekt, který měl vazby na izraelský stát a po čase bylo možné produkovat množství částic, které jako aditivum stačilo pro využití ve speciálních aplikacích v gesci státu. Avšak ke komerčnímu prodeji byla stále dlouhá cesta.
Předpokládám, že potíží byla dlouhodobě extrémně vysoká cena. Nebo za tím stálo ještě něco jiného?
Ano, prvním faktorem byla cena, která i roky poté, co profesor Tenne molekulu syntetizoval, násobně převyšovala cenu zlata. V té době mohly být fullereny použity pouze pro projekty financované státem.
Druhým faktorem byla izraelská armáda, která nechtěla prodej unikátního materiálu pustit do komerčního prodeje. Takový status quo trval až do roku 2007.
Foto: Nanotech-Europe
(Celý článek naleznete v aktuálním vydání Technického týdeníku.)