Vedci vytvorili materiál, ktorý by nemal existovať. Vzdoruje platným zákonom fyziky
Vedci objavili materiály, ktoré sa pri teple zmršťujú a pod tlakom rozpínajú.
Vedci z Pritzkerovej školy molekulárneho inžinierstva na University of Chicago spolu s kolegami z Kalifornskej univerzity v San Diegu prišli s prelomovým objavom, ktorý môže úplne prevrátiť to, čo si myslíš, že vieš o fyzike.
Objavili totiž veľmi špecifickú triedu metastabilných materiálov s kyslíkovými redoxne aktívnymi prvkami, ktoré sa v niektorých podmienkach správajú úplne naopak, než by si čakal. Tento objav môže znamenať veľký zlom a to najmä vo vývoji nových batérií, ale aj v stavebníctve, alebo pri leteckých a vesmírnych technológiách. Využitie tejto technológie má byť jednoducho bohaté.
Predstav si, že existuje materiál, ktorý sa pri zahriatí nezväčšuje, ale zmenšuje. Alebo taký, čo sa po vystavení extrémnemu tlaku nerozdrví, ale naopak, jeho objem začne rásť. Znie ti to ako sci-fi? Výskumnící však už niečo také pozorovali a to úplne reálne, pod mikroskopom. Za normálnych podmienok sa tieto materiály správajú tak, ako očakávaš. Teplom sa rozpínajú a pod tlakom zmenšujú. No ak sa dostanú do tzv. metastabilného energetického stavu, začnú sa správať inak.
Materiál sa správa úplne inak
„Keď tieto materiály zahrievate, ich objem sa nezväčšuje , ale naopak, zmenší sa,“ vysvetľuje profesorka Shirley Meng z UChicago PME, ktorá tím vedie.
Výskumníci tvrdia, že toto zvláštne správanie vedia ovládať pomocou tzv. redoxnej chémie. Teda spôsobom, kde sa elektróny a . Ich štúdia bola publikovaná v jednom z najrešpektovanejších vedeckých časopisov, Nature.
Tým ale zvláštnosti nekončia. Podľa výskumníkov môžu tieto poznatky úplne zmeniť vývoj batérií pre elektromobily. Súčasné batérie totiž majú veľký problém, časom totiž strácajú kapacitu. Ale čo keby si ich vedel jedným „klikom“ obnoviť? Podľa Minghaa Zhanga, jedného z členov výskumného tímu, nové materiály umožňujú, aby sa batéria po čase sama vrátila do svojho pôvodného stavu, teda bez výmeny alebo opravy. Funguje to tak, že pomocou elektrického napätia „postrčíš“ materiál do jeho stabilnej podoby.
Neprehliadni
Predstav si to ako loptičku uviaznutú v malej priehlbine, je v medzipolohe, nie úplne stabilná, ale ani úplne nestabilná. Keď ju trochu postrčíš, vráti sa späť na dno kopca, kde patrí. Rovnaký princíp môžeš využiť pri batériách. Po rokoch, keď už poskytujú len polovicu dojazdu, by si ich mohol „resetnúť“ a získať tak späť pôvodný výkon.
Ich využitie je obrovské
Na materiály pôsobili vedci aj silnými tlakmi, ktoré by si bežne našiel hlboko pod zemskou kôrou. Namiesto toho, aby sa zmrštili, roztiahli sa. Ide o jav známy ako negatívna stlačiteľnosť, jeden z bizarných efektov, ktoré väčšina materiálov nikdy neukazuje. Tento nezvyčajný príbeh pokračuje pri teplote. Vedci tvrdia, že v budúcnosti by sme mohli mať materiály s nulovou tepelnou rozťažnosťou, teda vôbec by sa nemenili v závislosti od teploty. „Predstavte si budovu, ktorá sa v zime nezmršťuje a v lete neroztiahne. To znamená menej problémov s údržbou aj nižšie náklady,“ dopĺňa Zhang.
Členovia tímu už rozmýšľajú aj nad tým, kde všade by sa tieto materiály dali využiť. Jedným z ich „divokých nápadov“ sú tzv. štrukturálne batérie, to znamená, že časti lietadla by zároveň fungovali ako zdroj energie. Predstav si celý trup lietadla, ktorý je zároveň obrovskou batériou. Vďaka odolnosti voči tlaku a teplote by to fungovalo aj vo veľkých výškach. „Ak to dotiahneme dokonca, možno sa raz prestane hovoriť, že obloha je limitom,“ dodáva Zhang s úsmevom.
Vedci sľubujú, že nasledujúci výskum pôjde ešte ďalej. Budú skúmať nové formy redoxných reakcií, ktoré im pomôžu vytvoriť ešte „inteligentnejšie“ materiály. Možno raz budeš nosiť smartfón alebo jazdiť v aute s batériou, čo sa vie sama opraviť.
