Denník N

Slovenská fyzička je v tíme, ktorý vyvinul nový materiál: Boli to roky starostí a zlomených diamantov

Uhlíková nanorúrka. Mariana Derzsi a jej kolegovia pracovali na vývoji nanorúrky zo striebra a fluóru. Foto - Fotolia
Uhlíková nanorúrka. Mariana Derzsi a jej kolegovia pracovali na vývoji nanorúrky zo striebra a fluóru. Foto – Fotolia

Vzorku vyvíjaného materiálu dali medzi dva diamanty a vyvíjali na ňu tlak, ktorý je 100-krát väčší, ako je tlak v najhlbšom mieste Mariánskej priekopy.

Slovenská fyzička Mariana Derzsi pôsobí v Centre nových technológií Varšavskej univerzity, kde sa zaoberá vývojom nových materiálov.

V októbri vydala s kolegami článok v časopise Dalton Transactions a o mesiac neskôr aj v magazíne Inorganic Chemistry, kde informuje o objave nanorúrok, ktoré sa zložením a štruktúrou líšia od „tradičných“ nanorúrok, ktoré poznáme z minulosti.

„Všetky doterajšie nanorúrky sú na báze uhlíka a atómy majú usporiadané tak, že ak by ste nanorúrky rozvinuli, dostali by ste niečo ako medový plást. Naše nanorúrky sú tvorené striebrom a fluórom a ich základným stavebným blokom nie je šesťuholník, ale štvorec,“ povedala pre Denník N vedkyňa.

Nové vlastnosti

Fyzička vysvetľuje, že zmena štruktúry stačí na to, aby mala látka úplne iné vlastnosti. „Vezmite si diamant a grafit. Oba materiály sú zložené z uhlíka a jediná vec, ktorou sa líšia, je usporiadanie atómov. Vďaka tomu je diamant tvrdý a priehľadný a grafit je mäkký, matný a čierny.“

Aplikovaný výskum nových nanorúrok je iba na začiatku, no vedci predpokladajú, že by sa dali využiť v elektronike, ktorá by sa ďalej miniaturizovala. „Nanorúrky by sme chceli použiť aj v nových chemických reakciách, ktoré neboli doteraz možné. V budúcnosti chceme skúmať elektrické, magnetické či optické vlastnosti nanorúrok, ktoré sme vyvinuli,“ vraví fyzička Derzsi.

Vľavo uhlíková nanorúrka, vpravo nanorúrka zo striebra a fluóru. na jej vývoji pracovala aj slovenská fyzička Mariana Derzsi. Foto – archív M. D.

Pripravení na náhodu

Vedkyňa hovorí, že k objavu nových nanorúrok došlo náhodou. „Na začiatku sme mali materiál, ktorý pozostával z viacerých vrstiev atómov, ktoré boli nanesené na seba. Naším cieľom bolo vyrovnať ich. Mysleli sme si, že keď ich budeme pod vysokým tlakom stláčať, podarí sa nám to. Prekvapilo nás, že sa materiál zachoval inak, než sme očakávali a vrstvy sa nám pokrútili do nanorúrok.“ 

Podľa Derzsi sa vedcom často stáva, že k objavom prídu náhodou. „Ale vedec musí byť odborne vybavený, aby dokázal rozoznať, čo našiel. Veľa z nás objavuje nové veci, ale neuvedomí si, že to môže byť významné. Celé roky sme zápasili s tým, kým sme dokázali vyriešiť atómovú štruktúru nového materiálu. Keď sme sa pozreli do literatúry, zistili sme, že nikto pred nami nenašiel podobný materiál.“

Supravodič z fluóru a striebra

Na výrobu nového materiálu vedci siahli po fluóre a striebre. Ich cieľom je vytvoriť vysokoteplotný supravodič, čo je taký typ vodiča, ktorý vedie elektrický prúd bez toho, aby časť energie premenil na teplo.

Derzsi vysvetlila, že väčšina súčasných materiálov je supravodivá pri extrémne nízkej teplote, ktorá sa blíži nula kelvínom. „Naším cieľom je vyvinúť supravodič, ktorý bude supravodivý pri oveľa vyššej teplote.“

Významná skupina materiálov, ktoré sú supravodivé pri najvyššej známej teplote, sa volá oxokupráty. Ide o materiály na báze medi a kyslíka. „V našom výskume sme zistili, že spojenie fluóru a striebra má podobné vlastnosti ako spojenie medi s kyslíkom. Sme presvedčení, že uvedené spojenie striebra a fluóru nás môže priviesť k ešte vyšším supravodivým teplotám, ako je to v prípade supravodičov na báze medi a kyslíka,“ dodala slovenská vedkyňa.

Mariana Derzsi. Foto – archív M. D.

Roky trápenia a zlomených diamantov

Na výskume sa podieľal poľský tím z varšavskej univerzity, slovinský tím z univerzity v Ľubľani a americký tím z Carnegieho inštitútu vo Washingtone. Derzsi povedala, že najprv – pred viac ako desiatimi rokmi – sa dal dokopy poľský a slovinský tím a až neskôr sa pridali aj vedci z Ameriky.

„Zakladateľom nášho laboratória vo Varšave je profesor Wojciech Grochala. Je otcom celej myšlienky a najdôležitejšou osobou výskumu. Zo slovinského tímu spomeniem Zorana Mazeja, ktorý je mimoriadnym expertom na chémiu fluóru. Bez neho by sme syntézy nových materiálov na báze fluóru a striebra nemohli robiť,“ hovorí o prínosoch zahraničných kolegov fyzička.

„Experimenty, ktoré robíme, sú veľmi náročné, lebo materiály na báze fluóru, ktoré vyvíjame, sú veľmi reaktívne. Málokto sa do toho chce pustiť a nie každý na to má aj prístrojové vybavenie. Viktora Struzhkina z Carnegieho inštitútu vo Washingtone však myšlienka očarila a rozhodol sa, že do toho pôjde s nami,“ hovorí Derzsi, ako sa k poľskému a slovinskému tímu pridali aj vedci zo Spojených štátov.

Na vývoji nového materiálu pracovali výskumníci niekoľko rokov. Boli to roky trápenia a zlomených diamantov. Experiment je veľmi citlivý a diamanty sa pri ňom môžu zlomiť. Veľakrát nastala nechcená reakcia a dlho nám trvalo, kým experiment prebehol tak, že sme ho vedeli riadiť.“

Diamantové kovadlá, ktoré vedci pri experimentoch využívajú, slúžia na stláčanie skúmanej vzorky. „Vzorka sa umiestni do maličkého priestoru medzi dvomi diamantmi. Diamanty sa k sebe približujú a takýmto spôsobom vyvíjajú na vzorku tlak. Čím vyšší je tlak, tým vyššia je aj pravdepodobnosť, že diamant praskne. Pre predstavu: vyvíjali sme tlak, ktorý je 100-krát väčší, ako je tlak v najhlbšom mieste Mariánskej priekopy,” povedala fyzička.

Foto – archív M. D.

Návrat na Slovensko

Derzsi sa v Centre nových technológií Varšavskej univerzity zaoberá simuláciami nových materiálov a analýzou nových materiálov, ktoré experimentálne vytvorili.

Centrálny informačný portál pre výskum, vývoj a inovácie dnes zverejnil informáciu, že v rámci podpornej schémy Návrat domov od ministerstva školstva podporí pozíciu na Materiálovotechnologickej fakulte Slovenskej technickej univerzity v Bratislave so sídlom v Trnave.

Na uvedenú pozíciu by mala v januári nastúpiť fyzička Derzsi. „Rada sa vrátim na Slovensko,“ vraví vedkyňa a dodáva: „To, čo som sa naučila v zahraničí, chcem doniesť späť na Slovensko. Keď som pred desiatimi rokmi odchádzala zo Slovenska, išla som s tým, že sa raz vrátim a spravím niečo pre slovenskú vedu u nás doma.“

Dostupné z: 10.1039/C7DT03178E, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.7b02528

Teraz najčítanejšie