Zajímavosti z polymerní vědy

Na stránkách této rubriky se pokoušíme přiblížit čtenářům zajímavosti z polymerní vědy. Na jedné straně chceme populární a přátelskou formou popsat výsledky našeho současného výzkumu. Na straně druhé chceme také upozornit na aktuální objevy a úspěchy badatelů ve světě, které se objevily na stránkách vědeckých časopisů, ke kterým nemá běžný čtenář snadný přístup.

Naše projekty

Vodík energetická surovina budoucnosti - využití polymerních pěn pro separaci, skladování a absorpci vodíku

Světová spotřeba energie se zvětšuje rychlým tempem. Tento nárůst je třeba alespoň zčásti pokrýt pomocí nových, rozsáhlých a obnovitelných zdrojů energie neprodukujících škodliviny. Příspěvkem k řešení nastolených otázek by mohl být rozvoj vodíkové energetiky. V této souvislosti je zapotřebí vyřešit problém skladování a separace vodíku. Vhodným materiálem pro tyto účely se jeví polymerní pěny s nekomunikujícím póry (tj.s uzavřenými buňkami). Každá buňka představuje miniaturní tlakový zásobník, který je plněn pronikáním plynů skrze svou stěnu. Přitom různé plyny procházejí stěnou různě rychle a ta tak působí současně jako separační membrána. Blok extrudovaného pěnového polystyrenu (XPS) s kanály uspořádanými podle následujícího schématu je schopný separovat vodík ze směsi plynů a současně jej skladovat. Pěnový membránový zásobník tohoto typu by měl vyrovnávat rozdílnou rychlost produkce (biotechnologicky vyráběného) vodíku a jeho spotřeby v palivovém článku. Struktura expandovaného polystyrenu (EPS) tvořená vzájemně slepenými perličkami umožňuje absorbovat vodík z jeho směsí. Směs plynů protéká mezi perličkami, přičemž vodík, jež se vyznačuje nejvyšší permeabilitou, přednostně plní uzavřené buňky uvnitř perliček a jeho koncentrace ve směsi klesá. Vodík je v perličkách zadržen do doby, než jeho parciální tlak vně perliček poklesne. Po snížení tlaku v zařízení se absorbovaný vodík uvolňuje z polymerní pěny a je možné ho jímat pro další použití, přičemž je jeho koncentrace vyšší než v původně přiváděné plynné směsi.

Takovéto moduly z polymerních pěn integrujeme do aparátu, který je schopen biotechnologicky produkovat vodík, zkoncentrovat jej a pak z něj vyrábět elektřinu v palivovém článku. Tento aparát by mohl být s výhodou využíván v autonomních jednotkách jako je osamělá farma nebo kosmická stanice. Zpracovával by biologický odpad a poskytoval elektrickou energii.

Kontakt: RNDr. Zbyněk Pientka, CSc., 296809280,

Aktuality ze světa

 

Materiály, které po stisku změní barvu

 

(J. Kunzelman, M. Gupta, B.R. Crenshaw, D.A. Schiraldi, C. Weder: Pressure-Sensitive Chromogenic Polyesters. Macromol. Mater. Eng.  294, 244–249 (2009))

 

V poslední době jsou velmi studovány tzv. „inteligentní“ materiály, které v závislost i na ok olních podnětech řízeně mění některé svoje vlastnosti. Jedním z takových typů materiálů jsou tzv. mechanochromní materiály, které mění barvu při mechanickém namáhání. Byl popsán materiál na bázi PET (polyethylentereftalát, jinak polymer ze kterého se dělají např. lahve na nápoje), do jehož struktury bylo začleněno barvivo, které se za normálních okolností (v mechanicky nenamáhaném materiálu) nachází v agregovaném stavu, tj. vždy několik molekul v sousedních polymerních řetězcích se shlukne dohromady. Při mechanické námaze se polymerní řetězce materiálu vzájemně posunou a tím se agregáty barviva mechanicky roztrhají. Takto rozdělené molekuly pak mají výrazně jiné spektrální vlastnosti než shluky molekul před mechanickou námahou, v tomto případě oranžový materiál zežloutne. Možné využití takových materiálů je například v leteckém průmyslu. Pokud se takovýmto materiálem kupříkladu natře model letadla, který se pak umístí do větrného tunelu, lze přímo zviditelnit tlakové poměry při obtékání daného tvaru rychle proudícím vzduchem.

(Sunny Sethi, Liehui Ge, Lijie Ci, P. M. Ajayan, and Ali Dhinojwala, Nano Letters 8, 822 (2008)

Povrch tlapek gekona vykazuje mimořádnou přilnavost k různým povrchům, která mu umožňuje šplhat po kolmých površích. Povrch tlapek má navíc vysokou samočistící schopnost, takže zatímco např. lepicí páska ztratí přilnavost už slabým zaprášením a tuto přilnavost už nelze obnovit, gekoní tlakpa obnoví svou přilnavost už po pár krocích gekona po čistém povrchu. Přilnavost je způsobena hierarchickou mikrostrukturou chloupků na gekoní tlapce – na větších mikrochloupcích jsou menší mikro- a nanochloupky, které vytvářejí obrovskou a přitom flexibilní styčnou plochu s podkladem. Adheze probíhá především van der Waalsovskými interakcemi. Byl vytvořen podobný povrch litografickými technikami, kde jako nanochloupky byly použity prostorově strukturované svazky uhlíkových nanotrubek zakotvených v polymerní matrici. Tento povrch měl vysokou přilnavost a přitom značnou samočistící schopnost.