Sciencemag.cz
Doporučujeme
Zásadní posun ve výzkumu mechanických vlastností uhlíkatých vláken se podařil mezinárodnímu týmu badatelů z Česka, Velké Británie a Řecka. Objev, v těchto dnech zveřejněný v prestižním časopisu Nature Communications: http://www.nature.com/ncomms/journal/v2/n3/full/ncomms1247.html, najde využití v mnoha oblastech, kde jsou vyžadovány materiály s maximální možnou pevností při minimálním objemu. Otakar Frank z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, člen týmu, v němž pracují i Konstantin Novoselov a Andre Geim, čerství nositelé Nobelovy ceny za fyziku, představuje nové pojetí struktury a mechanického chování velké skupiny uhlíkatých materiálů odvozených od základní stavební jednotky – grafenu, monovrstvy tvořené kovalentně vázanými atomy uhlíku uspořádanými do vrcholů pravidelných šestiúhelníků.
Příklad úspěšné aplikace skvělých vlastností uhlíkatých vláken již existuje dávno, pouze až donedávna nebyl spojován s grafenem. Jedná se o uhlíkatá vlákna coby zásadní součást kompozitních materiálů tvořících více než 50 % konstrukce nových modelů velkých dopravních letadel Boeing 787 Dreamliner i Airbus 350. Hledání způsobů odlehčení letadel, a tím i výrazného snížení spotřeby paliva, povede i nadále k nahrazování kovových slitin právě pevnými a lehkými uhlíkatými kompozity.
Zmíněný objev experimentálně i teoreticky potvrzuje odvození mechanických vlastností uhlíkatých vláken od vrstev grafenu a způsobu, jakým jsou tyto vrstvy ve vláknu uspořádány. Otevírá tak cestu například k přesnému a jednoduchému monitorování zátěže vláken přímo v provozu pomocí Ramanovy spektrometrie. Pro měření touto metodou vědci formulovali jednoduchý univerzální vzorec pro určení mechanického napětí působícího na vlákno bez ohledu na jeho konkrétní typ a Youngův modul pružnosti. „ A nejedná se zde pouze o uhlíkatá vlákna. Náš obecný model je možné uplatnit například i na uhlíkaté nanotrubičky. Pouze u těch, které jsou tenčí než 2-3 nanometry, musíme zohlednit také vliv jejich extrémního zakřivení,“ doplňuje Otakar Frank. Tento výsledek byl získán v rámci dlouhodobého výzkumu chování grafenu při mechanickém namáhání. Tým vědců tak vůbec poprvé popsal základní parametry grafenu při jednoosé kompresi, například mezní hodnotu vzpěru pro grafen uzavřený v modelovém kompozitu [2], či nedávno publikoval studii týkající se elektronové struktury grafenu při napínání.
V Oddělení elektrochemických materiálů Ústavu fyzikální chemie J.Heyrovského AV ČR je grafen předmětem výzkumů i dalších vědců. Vedoucí oddělení Ladislav Kavan se ve spolupráci s Technickou univerzitou v Lausanne (EPFL) soustředí na využití grafenu v barvivem sensibilizovaných solárních článcích. Zde je grafen vážným kandidátem pro nahrazení jak platiny, tak průsvitného vodivého oxidu, zejména u článků využívajících iontových kapalin jako elektrolytu. Martin Kalbáč se ve spolupráci s Technickou univerzitou v Massachussetts (MIT) zabývá dopováním grafenu, jímž lze ovlivňovat jeho transportní a optické vlastnosti. Ramanova spektra grafenu vědci studují při elektrochemickém dopování za různých excitačních energií a výsledky měření jsou důležité pro metrologii grafenu, ale i pro porozumění jeho základním vlastnostem.
