Nanotrubky s diamantovým povlakem, nejtvrdší materiál světa a torzní pružina

Ve světě nanotrubek se objevilo několik novinek. Byly vyzkoušeny jako pružiny, nanesli jsme na ně povlak diamantu a také jsme z nich vyrobili materiál tvrdší než diamant.

Materiál tvrdší než diamant z nanotrubek a fullerenů

Byl vytvořen materiál, který je schopný poškrábat diamant tím, že výzkumníci směs fullerenů (C₆₀ – uhlíková molekula ve tvaru kopacího míče) a nanotrubek dali pod tlak 200 atmosfér a zahřáli na asi 2300°. Vzniklý materiál je o 0,3 % hustší než diamant a také tvrdší. Tvrdost materiálu nevzniká tím, že by atomy měly silné vazby přímo mezi sebou, ale tím, že jsou fullereny a nanotrubky mezi sebou důkladně propleteny. Objev to není nový, ale vědci se až nyní dostali k detailnějšímu prozkoumání vlastností materiálu.

Využití se najde spousta. Nasnadě je zejména obrábění běžných diamantů nebo obrábění jiných těžko obrobitelných materiálů díky tomu, že nový supertvrdý materiál je teplotně velmi stabilní.

Torzní pružina z nanotrubky

Závaží zavěšené na nanotrubkách
Credit: Max Planck Institute

Vědci nechali vyrůst dvě jednostěnné nanotrubky na závaží ze zlata a chrómu a natáhli je mezi dvě stěny. Vytvořili tak zkrutnou pružinu. Jako když doprostřed provázku něco navážete, provázek natáhnete a to něco roztočíte, tak se to bude točit střídavě na jednu a druhou stranu s jistou frekvencí. Závaží vážilo 2x10^-16 kg a mělo moment setrvačnosti (udává to, jak těžko lze závaží roztočit)
7x10^-30kg.m². Průměr nanotrubky byl 1,5 nm, délka nebyla uvedena. Rezonanční frekvence (kolikrát za sekundu se závaží ocitne ve stejné poloze při stejném směru pohybu) byla vypočtena na 100 kHz. Kmity byly vybuzené pouze tepelným pohybem molekul soustavy.

Je to zajímavý test mechanických vlastností jednostěnné uhlíkové nanotrubky. Uvidíme, zda je bude možné využívat jako mechanické oscilátory – při stabilní frekvenci třeba do přesných hodinek, jinak vcelku na nic. Důležité také je, že se vědcům podařilo na kovovém povrchu nanotrubky nechat vhodně vyrůst.

Nanotrubky s diamantovým povlakem

Do pece s čerstvě vyrobenými nanotrubkami v inertní atmosféře vědci přidali trochu vodíku. Ten je normálně škodlivý, protože snadno reaguje s uhlíkem a nanotrubky rozloží, ale když je ve správné koncentraci, tak pouze lehce naruší jejich strukturu a na těch místech se začne vytvářet diamantový povlak silný 20 až 100 nm. Když nejpevnější materiál světa potáhneme nejtvrdším, získáme mechanicky dokonalou formu hmoty.

V praxi se pravděpodobněji uplatní spíše v elektronických zařízeních. Diamantem pokryté nanotrubky i při nízkých elektrických napětích snadno emitují elektromagnetické záření (např. viditelné světlo), a tak mají perspektivu stát se součástí displejů s nízkou spotřebou a vysokým rozlišením. Ale ani využití skvělých mechanických vlastností není vyloučeno. Mohly by se stát součástí široké škály kompozitů.

Bouřlivý vývoj

Tři výše uvedené nanotrubkové objevy spolu přímo nesouvisí, ale je na nich vidět, jak širokou škálu zajímavých vlastností u nanotrubek objevujeme. Uhlík nás stále udivuje tím, jaké rozdílné vlastnosti může mít. Od prostého grafitu (tuhy) přes diamanty, nanopěnu a fullereny se dostáváme k na nanotrubkám a z těch opět vytvoříme něco, co je tvrdší než diamant. Stále se jedná o jeden druh atomu a pokaždé je to navenek něco zcela jiného.Příroda si pro nás schovává ještě hodně tajemství.