Basic HTML Version
11
Keramický zpravodaj 29 (5) (2013)
dosáhly rozměrů v setinách milimetru. Pro neuspořádané
síťoví grafenu byl zaveden výraz uhlíková nanopěna, kte-
rá má měrnou hmotnost pouhých 0,02 g.cm
-3
.
Jsou vyráběny i nové útvary nazývané uhlíkové nanotrubi-
ce, válcovitě svinuté vrstvy grafenu o průměru 1-100 nm
(
obr. 3
). Metodou vhánění uhlíkové mlhy pomocí vodíku
do pece s rotující tyčinkou se daří dosahovat délky několika
cm, a vytvářejí se z nich splétaná vlákna. Vedle jednovrst-
vých trubiček, SWNT (Single-walled Nanotubes), jejichž
průměr je 50000x tenčí než lidský vlas, jsou připravovány
také vícevrstvé, MWNT (Multi-walled Nanotubes).
Obr. 3
Nanotrubice, vznikající svinutím plošné
grafenové síťky
Fullereny
Obdobně jako nanotrubice vznikají sférické molekuly ful-
lerenů. Poprvé byly připraveny v laboratořích Carborun-
dum Company roku 1985 trojicí vědců, Robertem F. Cu-
rlem, Haroldem W. Krotoem a Richardem F. Smalleyem,
jimž byla za tento vývoj v roce 1996 udělena Nobelova
cena za chemii. K názvu bylo použito jméno architekta
Buckminstera Fullera, který proslul stavbami s kopulovi-
tými útvary střech obdobného vzhledu. Jak uvedl Richard
Smalley, byl pro ně zaveden také výraz buckyballs, neboť
jejich tvar připomíná fotbalový míč. Buckminsterfulleren
C60 má rozměr cca 0,7 nm (
obr. 4
). Jsou známy i další
typy, např. C70, byl však připraven i typ C540. Čísla
v tomto případě znamenají počet atomů v molekule,
v níž se střídají šestičlené útvary s pětičlenými.
Mimořádné vlastnosti běžné i novodobé černé
keramiky
Vztah mezi vlastnostmi a použitím černé keramiky
vhodně vyjadřuje grafické znázornění na
obr. 5
. Pokud
jde o běžné uhlíkové formy, měrná hmotnost grafitu
je 2,267 g.cm
-3
a diamantu 3,513 g.cm
-3
. Diamant je
považován za nejtvrdší materiál na světě, v poslední
době se objevují zmínky, že minerál lonsdaleit (další
allotrop uhlíku) je ještě tvrdší. Amorfní, tzv. aktivní uhlí
mělo v počátcích výroby měrný povrch až 100 m
2
.g
-1
,
tedy přibližně plochu fotbalového hřiště, dnes dosa-
huje hodnoty 1000-1200 m
2
.g
-1
. Je dík této vlastnosti
aplikováno jako nejlepší adsorbent plynů.
Moderní uhlíková vlákna mají modul pružnosti 400
až 800 GPa a pevnost v tahu 3000 MPa. Použitím vy-
sokého tlaku je možno dospět ke zborcené struktuře
superhustého uhlíku OACC (Ordered Amorphous Car-
bon Clusters), odolávající zatížení až 130 GPa.
Ve zvlášť vyrobeném zařízení byla roztočena grafenová
vločka na 60 milionů otáček za minutu, aniž došlo
k jejímu porušení, zatím co odstředivá síla roztrhá kaž-
dý jiný materiál při daleko nižších podmínkách rotace.
Je třeba upozornit, že struktura šestiúhelníků nesmí
vykazovat vakance, dislokace nebo jiné defekty, jaký-
mi může být výskyt atomů cizích prvků. Např. vznik
sedmiúhelníků ve struktuře snižuje pevnost grafenu
až o 50 %.
Z uvedených vlastností fullerenů a grafenu pak vyplý-
vají i možné oblasti jejich využití. Fullereny jsou pova-
žovány za základ uhlíkové elektroniky příští generace,
grafen dík výborné vodivosti umožňuje vyrábět tran-
zistory, schopné teoreticky (při monoatomové vrstvě)
pracovat až do frekvence 1 THz. První tranzistor toho-
to typu společnosti IBM dosáhl v roce 2008 frekvencí
řádu GHz.
Pevnost grafenu při bezporuchových síťkách je tak vy-
soká, že k proříznutí membrány o tloušťce 100 μm by
bylo nutno použít sílu až 20 kN. Bylo také vypočteno,
že délka samonosného „kosmického lana“ může do-
sáhnout 36 km, což by mělo umožnit spojení s geosta-
cionárním bodem, a odtud pokračovat ve stejné délce
k družicím (aby došlo k vyvážení). Tak by bylo možno
vytvořit základ zásobovacího „vesmírného výtahu“.
Obr. 5
Vztahy mezi vlastnostmi a použitím výrobků
z černé keramiky podle [2]
Obr. 4
Strukturní uspořádání fullerenu C60,
(buckminsterfulleren, buckyball). Opět jde
o prostorové svinutí grafenové síťky, tentokrát se
střídají šestiúhelníkové útvary s pětiúhelníky