Sciencemag.cz
Doporučujeme
Diamantová nanovlákna jsou tvrdá jako diamant a pružná jako plast. Jediný problém, bránící jejich většímu využití, představovala až dosud obtížnost výroby.
Výzkumníci pod vedením Samuela Dunninga a Timothyho Strobela z Carnegie (na práci se dále podíleli Bo Chen z Donostia International Physics Center a Li Zhu z Rutgers University) nyní vyvinuli novou techniku, která to má změnit.
Diamantová (nebo možná lépe uhlíková? Ale jde o jeden konkrétní typ vláken…) nanovlákna jsou ultratenké téměř jednorozměrné uhlíkové řetězce, desettisíckrát tenčí než lidský vlas. Často vznikají stlačením jiných struktur/atomů na bázi uhlíku k sobě, přičemž se vytvoří stejná vazba jako je, která zajišťuje diamantu jeho tvrdost. Namísto uhlíkové mřížky ve 3D v běžném diamantu jsou však okraje těchto vláken obaleny navázanými atomy vodíku a díky těmto vazbám je celá struktura pružná kromě pevnosti také pružná a ohebná. Právě takový typ materiálu by se ideálně hodil pro výtah na oběžnou dráhu nebo třeba, zůstaneme-li u méně futuristických projektů, pro ultrapevné tkaniny.
Jenže s výrobou nanovláken je problém – a to nejen z hlediska výroby v průmyslovém měřítku, ale i co se týče přípravy dostatečného množství materiálu pro další testy. Nedokážeme přimět atomy uhlíku, aby reagovaly předvídatelným způsobem. V nanovláknech vyrobených z benzenu a jiných šestiaatomových uhlíkových kruhů může každý atom uhlíku chemicky reagovat (=vytvářet další vazby) s různými sousedy. To pak vede k mnoha možným reakcím, které si navzájem konkurují, a také k mnoha různým konfiguracím nanodrátků.
S. Dunning a jeho kolegové proto namísto z benzenu vyšli z pyridazinu. Jedná se o šestičlenný heterocyklus, v němž jsou dva sousední atomy uhlíku nahrazeny dusíky. Simulace chování pyridazinu za vysokého tlaku ukázala, že dusíky nefungují jako reakční centra, což podstatně omezuje množství možných reakcí a tím by složitost vzniklé směsi různých molekul. Poté došlo na vlastní experimenty v laboratoři.
Vědci vzali kapku pyridazinu, vložili ji do diamantové kovadlinky a pak pomocí infračervené spektroskopie a rentgenové difrakce sledovali změny v chemické struktuře pyridazinu až do přibližně 300 000násobku atmosférického tlaku a vznik nových vazeb. Výsledkem byla diamantová nanovlákna (i když spíše „diamantová“, protože vlákna obsahovala i atomy dusíku) se strukturou, která odpovídala předpovědi. Nanovlákno bylo dobře (dostatečně pravidelně) uspořádané. Autoři výzkumu svou techniku označují jako usměrňování (directing) vláken a s její pomocí nyní vědci chtějí zkusit vytvářet vlákna z různých prekurzorů a porovnávat jejich vlastnosti. A to nejen mechanické, ale i elektromagnetické a optické.
Samuel G. Dunning et al, Solid-State Pathway Control via Reaction-Directing Heteroatoms: Ordered Pyridazine Nanothreads through Selective Cycloaddition, Journal of the American Chemical Society (2022). DOI: 10.1021/jacs.1c12143
Zdroj: Carnegie Institution for Science / Phys.org
