Wiedza i Życie 06/2010
W numerze m.in.:

Fizyka
Superbłysk; Jarosław Chrostowski
Jak to się robi
Cuda z piasku; Elżbieta Wieteska
Sport
Eksperymentalny mundial; Zbigniew Mucha
Śląsk
Most na Strzegomce; Henryk Szczepański
Biomedycyna
Wojny mikroświata; Magdalena Kawalec
Sejsmologia
Powrót złego Boga; Andrzej Hołdys

Pełny spis treści

Pytania czytelników

Z archiwum „Wiedzy i Życia”

Inne spojrzenie
Demony Islandii; Andrzej Hołdys

Sygnały

Extrema

Na końcu języka
Maser, xaser, raser, laser…; Jerzy Bralczyk

Temat miesiąca
Fizyka

Era posłusznych fotonów; Jarosław Chrostowski

Fizyka
Superbłysk; Jarosław Chrostowski

Jak to się robi
Cuda z piasku; Elżbieta Wieteska

Sport
Eksperymentalny mundial; Zbigniew Mucha

Zdjęcie miesiąca
Oko na słońce

Śląsk
Most na Strzegomce; Henryk Szczepański

Biomedycyna
Wojny mikroświata; Magdalena Kawalec

Sejsmologia
Powrót złego Boga; Andrzej Hołdys

Psychohistoria
Potwór czy filozof?; Jerzy Besala

Energetyka jądrowa
Atom wraca!; rozmowa z docentem Andrzejem Strupczewskim

Uczeni w anegdocie
Pożywne żaby; Andrzej Kajetan Wróblewski

Recenzje książek

Rzeczy do rzeczy

Laboratorium
Po drugiej stronie lustra; Hanna Męczyńska

Puzeland
Chomp i choc; Marek Penszko

Głowa do góry
Żywa bogini wulkanów; Weronika Śliwa

Chichot zza wielkiej wody
Cena strachu; Krzysztof Szymborski

Listy czytelników

Aktualne numery
11/2020
10/2020
Kalendarium
Listopad
23
W 1980 r. w trzęsieniu ziemi z epicentrum pod Neapolem zginęło 2914 osób.
Warto przeczytać
W zagubionej w lesie deszczowym Papui Nowej Gwinei jest maleńka wioska Gapun, w której mieszka 200 osób. Tylko 45 z nich mówi rdzennym językiem tayapu i z roku na rok jest ich coraz mniej. Amerykański antropolog Don Kulick postanawia udokumentować proces wymierania tego języka.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Marcin Bójko | dodano: 2012-05-28
Nanorurki wychodzą z laboratorium

Są malutkie, niewyobrażalnie cienkie, a jednocześnie bardzo mocne. Mogą świecić, przewodzić prąd i wytrzymują duże naprężenia. No i mogą przynosić miliony dolarów tym, którzy wymyślą dla nich najlepsze zastosowania. Chodzi o rurki o średnicy kilku atomów, których ścianki zbudowane są z węgla. Odkryli je 14 lat temu Japończycy i od tego czasu naukowcy snują fantastyczne wizje ich wykorzystania. Są one zresztą coraz bliższe urzeczywistnienia.

Z siłą węgla

Sekret zadziwiających własności nanorurek tkwi w materiale, z którego są zbudowane – węglu. W czystej postaci ten pierwiastek tworzy sieć krystaliczną na dwa sposoby. Albo przestrzenną strukturę o geometrii czworoboku, w której każdy atom węgla łączy się z czterema innymi atomami tego pierwiastka, albo sześciokątne płaskie „plastry miodu”, gdzie każdy atom łączy się z trzema innymi.

Wiązania pomiędzy atomami węgla należą do jednych z najsilniejszych w przyrodzie. Pierwsza struktura krystaliczna - czworościanu - to diament, który jest najtwardszym minerałem. Druga struktura to grafit, który z pozoru jest miękki i łupliwy. Płatki grafitu ślizgają się po sobie, bo wiązania między nimi są wielokrotnie słabsze niż pomiędzy atomami w plastrze. Ale pojedynczy plaster jest bardzo wytrzymały.

Ten fakt wykorzystywany jest przy produkcji kompozytów węglowych, w których wstęgi grafitu zatopione w żywicach epoksydowych pozwalają budować lekkie i bardzo wytrzymałe konstrukcje. Materiały te są już stosowane powszechnie do produkcji łodzi wyczynowych, samolotów, samochodów, rakiet tenisowych i tysięcy innych przedmiotów. Aby jednak płatki grafitu mogły stać się włóknami węglowymi, trzeba jakoś „zabezpieczyć” ich brzegi. Najczęściej robi się to, przyłączając do wolnych wiązań na brzegach atomy wodoru.

Nanorurki, które można uznać za zwinięte w rulon płatki grafitu, wolne są od tej wady, bo nie mają wolnego brzegu (a końce są zasklepione). Ich struktura jest kompletna, bez dziur, brzegów i szpar, w całości utkana z silnych wiązań węglowych. Dlatego są najwytrzymalszymi dotychczas uzyskanymi włóknami i być może nie znajdzie się już nic mocniejszego od nich. Ich wytrzymałość na zerwanie i rozciąganie jest co najmniej stukrotnie większa od stali i dziesięciokrotnie od tradycyjnych włókien węglowych i odnoszących rynkowy sukces włókien aramidowych (np. kevlaru).

Krewne grafitu

Nanorurki są blisko spokrewnione z grafitem, przewodzą więc prąd. Tę właściwość chce wykorzystać NASA, która przeznaczyła na skonstruowanie zbudowanego z nich kabla elektrycznego, bagatela, 11 mln dolarów. Za tę kwotę Uniwersytet Rice w Huston ma wyprodukować w ciągu czterech lat metrowy odcinek przewodu, z którym agencja kosmiczna wiąże wielkie nadzieje – ma on być lekki jak piórko, cienki jak pajęczyna, mocny jak stal, a ponadto będzie jeszcze lepiej przewodzić prąd niż miedź. Prototyp nie będzie tani, ale NASA zawsze wydawała kosmiczne pieniądze...

Mniej oczywistą właściwością nanorurek jest fakt, że po przepuszczeniu przez nie prądu wysyłają w świat elektrony. Dzięki temu można zbudować z nich np. ekran telewizora. Nad prototypami pracują nie tylko małe firmy, takie jak Applied Nanotech z Teksasu, ale też giganci rynku elektronicznego, tacy jak Toshiba czy Canon. Toshiba wręcz zapowiada, że w przyszłym roku na rynek trafią 50-calowe telewizory, w których obraz będzie znacznie lepszy niż w konstrukcjach plazmowych.

Koniec z krzemem

Węglowe rurki mogą znaleźć zastosowanie nie tylko w ekranach, ale także elektronice telewizora. Trzyosobowy zespół naukowców kierowany przez Prabhakar Bandaru z Uniwersytetu Kalifornijskiego opublikował w jednym z wrześniowych numerów tygodnika „Nature” pracę, w której opisuje tranzystor zbudowany z nietypowych nanorurek – rozdwojonych na końcu w kształt litery Y. Dziś są one najmniejszymi tranzystorami na świecie i naukowcy są przekonani, że ich odkrycie sprawi, iż powstanie zupełnie nowa gałąź elektroniki opartej nie na krzemie, a na węglu. Zbudowanie prototypu takiego scalaka to co prawda wciąż pieśń przyszłości, ale biorąc pod uwagę zaawansowanie prac, możemy być pewni, że jego powstanie jest tylko kwestią czasu.

Superliga

O tym, że z nanorurek można zrobić niezwykle wytrzymałe liny, wiedziano już od dawna. Taką superwytrzymałą taśmę zademonstrowali niedawno naukowcy z uniwersytetu stanowego w Teksasie. Ich sukcesem nie jest jednak sama taśma, bo te powstawały już w mniejszych lub większych kawałkach na całym świecie. Najważniejszym osiągnięciem zespołu pracującego pod kierunkiem Raya Baughmana jest opracowanie procesu produkcji, który pozwala tkać nanorurkowe taśmy w tempie do 7 m.b./min, czyli prawie tak szybko, jak ma to miejsce w trakcie przemysłowej produkcji wełny.

Jak wszyscy badacze nanotechnologii Ray Baughman snuje fantastyczne wizje zastosowania swoich taśm, jako że są one nie tylko niezwykle wytrzymałe, ale także świecą, kiedy przepuści się przez nie prąd. Uczony chciałby z nich robić telewizory, żarówki, sztuczne mięśnie, baterie słoneczne itp. Jednak najbardziej oczywistym zastosowaniem jest tworzenie superwytrzymałych lin – Baughman chce zresztą zgłosić swój wynalazek do konkursu Elevator 2010, którego celem jest wyłonienie technologii, które mogłyby posłużyć do zbudowania windy pozwalającej wynosić duże ładunki w... kosmos.

Wspinaczka po wszystkim

Bardziej przyziemnym odkryciem nanorurkowym jest sztuczna stopa gekona zbudowana z gęstego lasu nanorurek wyhodowanego na University of Akron przez zespół kierowany przez Alego Dhinojwala. Sekret gekonich łap, które pozwalają zwierzakowi chodzić nawet po szklanym suficie, polega na tym, że opuszki palców gada składają się z bardzo cienkich wypustek. Wystarczająco cienkich, by ich końcówki potrafiły dotrzeć tak blisko powierzchni, po której łazi gekon, by zaczęły działać siły przyciągania między atomami. Żadnych przyssawek, kleju czy haczyków – po prostu zwykła siła adhezji.

Meszek nanorurkowy wyhodowany przez Dhinojwala też składa się z tak cienkich wypustek, że docierają one do atomów powierzchni i przylegają do niej za pomocą sił przyciągania międzyatomowego. Zbudowany przez naukowców twór ma jednak ogromną przewagę nad tym, w co natura wyposażyła gekona – utrzymuje ciężar 200 razy większy niż łapa gada. Możemy więc być pewni jednego. Mikroskopijne rurki robią coraz większą karierę i powoli wychodzą z laboratoriów. Być może już za kilka lat zamieszkają w każdym domu: w telewizorach, komputerach, sznurkach i nalepkach na lodówkę.

(fot.Wikipedia/Trójwymiarowe modele struktury jednowarstwowych nanorurek węglowych)