Karbónové nanorúrky. Materiál budúcnosti?

V podstate ide znova o materiál z uhlíka, no s efektívnejším usporiadaním materiálu na úrovni atómov. Základom karbónových nanorúrok je grafén. Ide o vrstvu atómov uhlíka usporiadaných do šesťuholníka. Táto vrstva má pritom najmenšiu hrúbku akú môže mať, teda hrúbku jedného atómu uhlíka. Ak si ju predstavíme napríklad ako pletivo, jeho zrolovaním získame nantorúrku s priemerom okolo 1 nanometra. Iba pre rýchlu predstavu 1nm je jedna miliardtina metra, alebo inak jedna milióntina milimetra. Takže máme nepredstaviteľne malú trubku. Pre porovnanie, na rozdiel od tohto elegantného a veľmi pevného usporiadania, je uhlíkové vlákno zložené z jednotlivých kryštalických vrstiev atómov uhlíka, akoby naukladaných na seba.

Prečo je však karbónová nanorúrka taká úžasná? Je to najmä pre jej vlastnosti. Karbónové nanorúrky sú zatiaľ najpevnejším materiálom v ťahu, aký bol kedy objavený. Je približne 20-krát pevnejší ako bežné uhlíkové vlákno. Iba pre ilustráciu, ak by sme z nich uplietli lano, ktorého plocha v priereze by bola 1 mm², mohli by sme naň zavesiť takmer 6,5 tony. To však nie je všetko. Tento materiál aj ohromne tvrdý. Jeho objemový modul pružnosti je dokonca väčší ako modul kryštálu diamantu. Potenciálne využitie karbónových nanorúrok ako štrukturálneho materiálu je iba jednou z možností. Toto usporiadanie atómov uhlíka má totiž aj veľmi zaujímavé vlastnosti z hľadiska elektrickej vodivosti. Nanorúrky majú veľmi malý elektrický odpor, ktorý je navyše takmer nezávislý na ich dĺžke. Teoreticky sa dá nano rúrka vyrobiť aj ako vodič aj ako polovodič. Tento materiál však ponúka možnosti využitia napríklad v optike, solárnych paneloch, batériách, či napríklad jednotkách na skladovanie vodíka.

Nejde pritom o úplnú novinku

Mnohé zdroje uvádzajú ako letopočet ich objavu rok 1991.  V odbornej tlači sa však objavujú rôzne štúdie na túto tému už od 50-tych rokov. Napriek tomu je využitie karbónových nanorúrok zatiaľ veľmi malé. V čom je problém? Prvým je náročná výroba. V súčasnosti najrozšírenejší spôsob výroby karbónových nanorúrok je chemická depozícia z plynnej fázy (Chemical Vapor Deposition). Pomocou nej je možné vyrobiť nanorúrky dlhé niekoľko milimetrov. To je síce úctyhodná dĺžka vzhľadom na priemer rúrky, no z hľadiska využitia v kompozitoch to znamená, že ich možno využiť iba ako prímes, ktorá čiastočne zlepší vlastnosti výsledného materiálu. Určite však zatiaľ nenahradia uhlíkové vlákna.

Druhým problémom je toxicita. Už pri výrobe totiž vznikajú viaceré toxické a karcinogénne splodiny, ako napríklad benzo[a]pyren, či benzén. Aj samotné nanorúrky však môžu poškodiť zdravie. Ak sa totiž dostanú do tela, napríklad vdýchnutím, spôsobujú rôzne zápaly a fibrózu. V podstate sú podobne nebezpečné ako azbest a práve pre ich tvar a rozmery sa môžu v ľudskom organizme usadiť v rôznych orgánoch a okrem spomínaných zápalov spôsobiť napríklad aj rakovinu.

V súčasnosti je niekoľko firiem, ktoré vyrábajú produkty s prímesou karbónových nanorúrok. Jednou z nich je americká Zyvex Technologies, ktorá vyrába napríklad prepreg (tkanina, v tomto prípade z uhlíkových vlákien, nasiaknutá živicou) s prímesou karbónových nanorúrok. Výrobca sľubuje takmer dvojnásobnú odolnosť tohto materiálu voči zlomeniu. Čosi podobné má v ponuke napríklad aj fínsky výrobca Amroy Europe Oy, ktorý produkuje epoxidovú živicu s prímesou karbónových nanorúrok. Firma pritom sľubuje zvýšenie pevnosti výsledného materiálu o 20-30%. Tieto materiály v súčasnosti požívajú rôzne firmy najmä na výrobu športových potrieb, ako lyže, baseballové pálky, či hokejky. Existuje však aj pár výrobcov, ktorí ich používajú v dielcoch bicyklov, či jachtách.