Minerál vytvořený v laboratoři otevírá nové možnosti materiálovému inženýrství

Výzkumníci vyřešili záhadu vzniku jednoho zajímavého minerálu, v laboratoři dokázali řídit jeho utváření, a nabízejí tak možnosti lepší výroby materiálů pro polovodiče, solární panely a další technologie.

Možná jste někdy v létě procházeli pohořím Dolomity, které je součástí Italských Alp. Anebo jste tam některou zimu lyžovali. Pod nohama jste při tom měli horninu, která se z velké části skládá z dolomitu. Což je chemicky uhličitan vápenato-hořečnatý, v praxi pak zajímavý minerál, který se v přírodě vytváří postupným usazováním jednotlivých vrstev po velmi dlouhou dobu. Takto se postupně zvětšuje – roste.

Dolomit se vyskytuje v horninách starších než 100 milionů let, zato v mladších se téměř najít nedá. Po dvě století se vědci pokoušeli v laboratoři napodobit jeho jedinečnou strukturu. Neúspěšně, vznik tohoto minerálu zůstával nejasný. Záhadě se dokonce začalo říkat „dolomitový problém“.

Ruští vědci nejsou na světových konferencích ani nepublikují nové objevy

Zprávy z firem

Ruská věda se v důsledku agrese proti Ukrajině vytrácí ze světového kontextu. Ruští vědci přestávají spolupracovat se západními odbornými institucemi, zůstávají v izolaci nebo aspoň navazují kontakty s kolegy v Číně nebo Indii. Kuriózním dokladem úrovně nových spojenectví je fakt, že Ruská akademie věd založila ústav pro výzkum myšlenek nynějšího čínského vůdce Si Ťin-pchinga, první takové výzkumné centrum mimo Čínu.

Josef Tuček

Přečíst článek

Materiály pro moderní technologie

Až nyní výzkumníci z americké Michiganské univerzity a z Hokkaidské univerzity v japonském Sapporu informovali ve vědeckém časopise Science, že tajemství vzniku dolomitu odhalili. A v laboratoři navíc dokázali působením proudu elektronů iniciovat a řídit růst jeho krystalů podle požadavků.

K čemu je to užitečné – pokud tedy odhlédneme od významu vědeckého poznání?

Sám dolomit až zas taková vzácnost není. Kromě Dolomitů se vyskytuje třeba v Bílých útesech doverských, v horninách kolem Niagarských vodopádů a také na jiných ne tak fotogenických a turisticky zajímavých místech. Využívá se pro přípravu speciálních druhů cementů ve stavebnictví, může být součástí hnojiv nebo ohnivzdorných materiálů. Některé jeho bezbarvé typy se dají vybrousit jako drahý kámen.

Z pohledu nynějšího výzkumu je však na něm cennější to, že napodobení dolomitu vede k pochopení dalších minerálů, které se dají využít při vývoji polovodičů, solárních panelů, baterií a dalších technologií.

Roboty se učí od včel. Kopírují jejich modely komunikace, aby dosáhly kolektivního rozhodnutí

Enjoy

Výzkumníci z Barcelony vytvořili malinké roboty, které se dokážou navzájem dorozumívat na stejném principu jako včely, avšak nikoli pohybem, ale blikáním světel. To může mít smysl pro budoucí lékařské mikroroboty nasazené v lidském těle, které nemohou mít velké vybavení, nebo pro záchranářské přístrojky, jež mohou být snadno zničeny, takže se nevyplatí dát do nich drahou elektroniku. 

Josef Tuček

Přečíst článek

Od „odtažitého“ výzkumu do žhavé současnosti

„V minulosti se výrobci krystalů, kteří chtěli získat materiály bez defektů, snažili vytvářet krystaly opravdu pomalu,“ popsal Wenhao Sun, vedoucí výzkumník projektu a profesor na Michiganské univerzitě, v tiskové zprávě. „Náš postup ukazuje, že materiály bez defektů lze vytvořit rychle.“

Klíčové je, že výzkumníci při řízení tohoto procesu dokážou případné vznikající defekty rozpustit. Měly by tak vzniknout kvalitnější materiály potřebné pro rozvoj moderních technologií.

Je to další výmluvná ukázka toho, že vědci při zdánlivě odtažitém výzkumu, v tomto případě více než 100 milionů let starého „dolomitového problému“, přicházejí na poznatky využitelné ve žhavé současnosti.

Elektrony ovlivňují vznik minerálu

Jak výzkumníci postupovali?

Nejdříve využili počítačovou simulaci. V ní namodelovali interakce mezi atomy a elektrony při růstu krystalu. Z výsledků jim vyplynulo, že vzniku defektů v materiálu zřejmě zabraňoval vliv vody v daném přírodním prostředí, zejména střídání sucha a záplav v pradávné minulosti. Voda totiž podle modelu „přednostně“ rozpouští defekty v nešikovně usazené vrstvě, v níž jsou atomy méně stabilní.

Pak poznatky ověřili v laboratoři. Využili při tom transmisního elektronového mikroskopu, což je přístroj, v němž elektrony procházejí vzorkem (trochu podobně jako rentgenové paprsky) a na stínítku vytvářejí obraz jeho struktury. Takto mohli zachytit, že voda skutečně může sloužit k odstranění defektů z dolomitu vytvářeného v laboratoři.

Rakovina zjištěná z kapky krve: pardubická firma chce do praxe přivést nápad českého vědce

Leaders

Najít nádor v rané fázi, kdy se dá úspěšněji léčit, dokáže metoda vyvinutá týmem profesora Michala Holčapka na Univerzitě Pardubice. Nápad se nyní snaží převést do praxe spin-off společnost Lipidica nejdříve v Česku, výhledově i v zahraničí.

Josef Tuček

Přečíst článek

Pomocí elektronů z přístroje však výzkumníci proces nejenom pozorovali, ale hlavně ovlivňovali. Jemným pulzováním elektronového paprsku měnili stav vody, která se rozkládala, uvnitř minerálu vzniklo kyselé prostředí, které ovlivňovalo jeho růst. Výzkumníci také zvýšili rychlost růstu. Zatímco v přírodě se jedna vrstva tvoří i deset milionů let, výzkumníkům se v laboratoři podařilo vytvořit 300 vrstev v průběhu dvou hodin.

A nadějný postup pro materiálové inženýrství je na světě. To, že odborný článek o tom přinesl renomovaný odborný časopis Science, ukazuje, že jeho recenzenti považují výsledky za skutečně velmi zajímavé. To ještě automaticky neznamená, že se postup v praxi opravdu uchytí, zatím je všechno teprve na začátku. Přinejmenším našlápnuto však má.