Jak výzkum nanotechnologií posouvá průmysl dál

Používání příměsí a míchání základních materiálů pro dosažení nových, s jinými vlastnostmi, je proces známý již celá staletí. Nyní se však mění ještě dál a do dříve netušených rozměrů, protože nanotechnologie umožňuje řešit daný požadavek nebo problém přímo na nanoúrovni.

Na této úrovni se objekty měří v nanometrech (1 nm je jedna miliontina milimetru). Pro představu – například taková běžná červená krvinka má šířku kolem 7 000 nanometrů!

Na této škále se materiály mohou chovat zcela jinak než v klasické podobě – mohou vzniknout a vznikají takové, které vykazují vyšší pevnost, vodivost, tepelnou stabilitu, nebo třeba chemickou odolnost.

Díky pochopení nanomateriálů (za ty obecně považujeme objekty menší, než 100 nm) a jejich pečlivé tvorbě mohou výzkumníci do vznikajících polymerů vnést vlastnosti, kterých by klasickým materiálovým designem bylo obtížné, nebo dokonce úplně nemožné dosáhnout. Z běžných plastů tak vznikají naprosto nové a unikátně výkonné inženýrské materiály.

Polymer Nano Centrum je česká výzkumně-vývojová společnost, která tuto technologii využívá k tomu, aby daným výrobcům na míru zlepšovala jimi požadované polymerové materiály. Díky svým vlastním metodám a způsobům nanoúprav dokáže Polymer Nano Centrum měnit plasty a pryskyřice tak, aby splňovaly požadavky příslušného průmyslového odvětví.

Například podlahy z epoxidové pryskyřice – ty  se často používají ve skladech a výrobních halách. Problém ale je, že mohou tvořit a držet elektrostatický náboj. Pokud pak dojde k jeho výboji, může poškodit citlivou elektroniku, která se na daném místě skladuje nebo vyrábí. Nemusí se to na první pohled jevit jako tak zásadní problém, ale například v datovém centru nebo serverovně to může znamenat kritickou ztrátu cenných dat. Nebo pokud se na příslušném místě skladují či vyrábějí výbušné či vznětlivé materiály, i jediná jiskra může způsobit obrovské škody.

Použitím a přidáním nanomateriálů lze epoxidovou pryskyřici upravit tak, aby elektrický náboj odváděla pryč – a nákladným i nebezpečným nehodám způsobeným statickou elektřinou tak úplně zabránila.

„Polymer Nano Centrum využívá nanotechnologii k posouvání hranic běžných plastů a vylepšování takových materiálů,“ vysvětluje Michaela, jedna z výzkumnic společnosti. Podle konkrétního požadovaného využití mohou tyto úpravy zlepšit mechanickou pevnost, tepelnou stabilitu, elektrickou vodivost, životnost a odolnost vůči vlivům prostředí. Výsledkem je nová generace materiálů, které obstojí i v náročných a často specifických průmyslových podmínkách.

Dalším praktickým příkladem práce Polymer Nano Centra je vývoj lehčích alternativ k tradičně používaným materiálům.

„Klasický polymerový materiál lze upravit nanočásticemi nebo nanoplnivy,“ dodává Viktoriia, další klíčová členka výzkumného týmu. „Výsledný produkt pak může být pevnější, odolnější vůči určité formě mechanické námahy, trvanlivější, nebo dokonce elektricky vodivý.“

V odvětvích, jako je automobilový průmysl, to například umožňuje vyrábět součástky výrazně lehčí než kov (a tím například šetřit pohonné hmoty), aniž by ztratily potřebnou pevnost a výkon. Zároveň mohou být odolnější (což v tomto odvětví znamená i levnější na údržbu), nebo bezpečnější – například polymerová palivová trubice je méně náchylná ke vzniku jisker, tedy i následnému vznícení.

Polymer Nano Centrum nenabízí hotová řešení „z katalogu“. Firma vždy úzce spolupracuje se svými zákazníky, aby pochopila jejich produkty, výrobní procesy a požadavky na specifické vlastnosti a výkon.

„Zákazníci se na nás obvykle obracejí, když hledají nějaké vhodnější, nebo nákladově efektivnější materiálové řešení,“ poznamenává Viktoriia.

Výzkumníci pak vyvíjejí nebo upravují materiály přesně na míru příslušného budoucího použití. Pomáhají firmám zlepšit výkon jejich produktů, snížit náklady, nebo nahradit stávající materiály celkově lepšími a účinnějšími alternativami. Společnost se v rámci své činnosti také dlouhodobě věnuje výzkumu toho, jak se takové polymerové materiály potom chovají během celé své životnosti.

„Jednou z obzvláště zajímavých technických výzev, na které jsme pracovali, je stárnutí polymerových materiálů,“ vzpomíná Michaela. „V rámci toho projektu tak zkoumáme, jak faktory jako UV záření a teplotní změny ovlivňují dlouhodobé vlastnosti plastů. Technicky je to náročné, protože stárnutí jako takové představuje komplexní proces – musíme kombinovat různé testovací metody, abychom pochopili, co se s materiálem přesně děje.“

Taková analýza tak například zahrnuje hodnocení změn mechanických vlastností, sledování míry povrchové degradace, změnu barvy, nebo dokonce i celé chemické struktury.

Veškerý takový výzkum má přitom vždy opět jasné praktické průmyslové využití. Desky z polykarbonátu se například často používají ve sklenících. Ultrafialové paprsky ze slunečního světla mohou způsobit zežloutnutí a zkřehnutí, čímž se zkracuje životnost takové desky. Díky nanotechnologii lze UV záření odklonit a prodloužit tak životnost plastu, čímž je možné dále snížit náklady na celkovou údržbu.

„Pro mě osobně má takový projekt velký smysl i z ekologického hlediska,“ uzavírá Michaela. „Recyklace je důležitá, ale trvanlivost je stejně klíčovým faktorem udržitelnosti – a to takovým, na který se často zapomíná. Pokud příslušný plastový výrobek vydrží znatelně déle a zachová si své vlastnosti, snižuje to množství odpadu a zlepšuje celkový dopad produktu na životní prostředí.“

Photo credit: Vecteezy, Vecteezy, Vecteezy, Polymer Nano Centrum