Sciencemag.cz
Doporučujeme
Uhlíkový materiál odolávající plamenům s teplotou až 1500 °C se podařilo vytvořit multioborovému týmu fyziků a chemiků z Fyzikálního ústavu AV ČR. Na odstínění takto vysoké teploty přitom stačí pouhý milimetr materiálu. Nový porézní grafenový aerogel dočasně odolá různým typům vysokoteplotních plamenů, včetně velmi reaktivního vodíkového.
Vědcům se vytvořením speciální 3D porézní struktury povedlo zvýšit teplotní odolnost grafenu o neuvěřitelných 1000 °C. Atomárně tenké vrstvy uhlíku, tedy grafen, vykazují běžně teplotní stabilitu v plamenu do 550 °C, což je pro srovnání přibližně teplota zapálení většiny dnes užívaných plastů, která se pohybuje mezi 400 až 500 °C.
„V běžném životě se setkáváme s ochrannými nátěry a chemickými úpravami, které zpomalují hoření, avšak poskytují pouze dočasnou prevenci, protože nemění přirozené vlastnosti ochraňovaného materiálu. Vyvinutý materiál má nízkou tepelnou vodivost, a navíc je velmi lehký a pružný. Materiálů, které vydrží obdobně vysokou teplotu při požáru, existuje velmi málo,“ vysvětluje přednosti nového aerogelu Jiří Červenka, vedoucí vědeckého týmu Fyzikálního ústavu AV ČR.
Pevný jako ocel, pružný jako tkanina
Předností nového materiálu je jeho velmi nízká hustota – ta je pouze šestkrát vyšší než hustota vzduchu. Vyniká ale zároveň i pevností, srovnatelnou s ocelí, a také pružností. Díky své unikátní porézní buněčné struktuře, která se skládá z navzájem propojených grafenových rovin, může být aerogel stlačen na více než 90 % původní velikosti.
„Materiál by mělo být možné použít i jako vrchní vrstvu nehořlavého obleku, který by odolal vysoké teplotě a zároveň by výborně tepelně izoloval. Podobného principu, který byl použit u grafenového aerogelu, bude nejspíš možné využít i u jiných materiálů,“ vysvětluje spoluautor výzkumu Martin Šilhavík.
Vlastní odolnost materiálu proti ohni je založena na jeho samozhášecím mechanismu, který způsobuje zaplnění pórů aerogelu oxidem uhličitým. Právě jeho přítomnost v materiálu zabraňuje vznícení jednotlivých grafenových rovin. Tento princip je velmi podobný systému, na kterém fungují CO2 hasicí přístroje.
Hořlavost jednotlivých materiálů
| materiál | teplota vznícení |
| dřevo | max. 400 °C |
| bavlna (jako oblečení) | 450 °C |
| plast | max. 500 °C |
| sklo | 800 °C (teplota tavení) |
| cihla | 1200 °C |
| ocel | 1300 °C |
Martin Šilhavík, Prabhat Kumar, Zahid Ali Zafar, Robert Král, Petra Zemenová, Alexandra Falvey, Petr Jiříček, Jana Houdková, and Jiří Červenka, High-Temperature Fire Resistance and Self-Extinguishing Behavior of Cellular Graphene, ACS Nano 2022, https://doi.org/10.1021/acsnano.2c09076
Porézní grafenový aerogel plující na vodní hladině v Petriho misce. Aerogel má výrazně nižší hustotu než voda, ale to není pravý důvod, proč pluje, protože jakákoliv jiná porézní látka (pěna, houba) by se naplnila vodou a klesla pod hladinu. Hydrofobní vlastnosti aerogelu materiálu zabraňují jeho zaplnění vodou a následnému potopení. Téměř dokonalé kulové kapky vody na vrchní části potvrzují jeho superhydrofobicitu. FOTO: René Volfík, FZÚ
To je přímo zázrak.
Když si vzpomenu, že i dne si leze koupit varnou konvici nebo vysokorychlostní mixery, ze kterých je trvale cítit retardery hoření, tak je to skvělá zpráva.
Pokud se po letech nezjistí, že rozptýlené nanočástice grafenu jsou něco jako býval azbest.