Szabadegyetem–Szeged: Mi a különbség a makaróni és a spagetti között?

Kukovecz Ákos már az előadás legelején leleplezte a címben felmerülő kérdést, hogy mi a különbség a makaróni és a spagetti között. A makarónit alkotó tészta csőszerű, amíg a spagettit hosszú tésztaszálak alkotják. Ezzel a hasonlattal vezette be a témát, hiszen a tésztafélék ezen tulajdonságai megfeleltethetőek a nanoszálak és a nanocsövek tulajdonságainak, de természetesen a méretük különbözik. Akkor nevezhetünk valamit nanoanyagnak, ha legalább egy irányban kisebb mint 100 nanométer. Hogy megközelítőleg érzékelhessük, mekkora az említett mérték, a docens elmondta: egy hajszál átmérője körülbelül 50 000 nanométer. Létezik, azonban egy másik definíciója is a nanoanyagnak: ha elkezdjük csökkenteni a méretét, és a tömbfázistól eltérőek lesznek az anyag tulajdonságai.

Feltehetjük a kérdést, hogy miért lehet hasznos a számunkra, ha valami ennyire apró. Az egyik magyarázat rendkívül kézenfekvő: ha az anyag kicsi, akkor kisebb pórusokba is befér. Emellett rendkívüli mértékben megnövelhető a felület, különösen, ha nanopórusos anyagról beszélünk. Egy átlag tárgynak a fajlagos felülete sokkal kevesebb 1 m2/g-nál, az imént említett nanopórusos anyagoké viszont 100-2000 m2/g is lehet. Többek között ezen tulajdonságok miatt fogalmaznak meg nagy elvárásokat a nanotechnológiával szemben. A fenntartható fejlődést szeretnék általa kialakítani, hiszen rengeteg energiatakarékos eljárás válik elérhetővé ezzel a technológiával. Napjainkban is rengeteg helyen alkalmazzák a nanotechnológiát. A gyógyszeriparban, a napvédő krémekben, az autók motorjaiban használatos kenőanyagokban, valamint az akkumulátorokban, mobiltelefonokban, számítógépekben, sőt még azon lufik anyagában is, melyek sokáig megtartják a bennük lévő gázt.

Az előadás során Kukovecz Ákos a nanotechnológia történelmét is bemutatta. Elárulta, hogy már régóta léteznek ilyen anyagok: példaként a Lycurgus-serleget említette, mely a Kr. u. 4. századból származik, és az anyagába beépült arany és ezüst nanorészecskéknek köszönhetően a színe attól függ, hogy melyik irányból éri a megvilágítás. A nanotechnológia tudományos története azonban ennél sokkal fiatalabb. 1959-ben R. Feynmann egy híres előadásában mondta ki, hogy „Alul még rengeteg hely van”. A nanotechnológia szóra viszont 1974-ig kellett várni, amikor egy japán mérnök, Norio Taniguchi használta a kifejezést. Mára már rendkívül fontos és elismert ágát képezi a tudománynak, hogy csak egy példát említsünk a közelmúlt eredményeiből, 2010-ben Andre Geim és Konstantin Novoselov fizikai Nobel-díjat kapott a grafén felfedezéséért.

A továbbiakban a címben is megjelenő egydimenziós nanoszerkezetekről volt szó. Először a nanoanyagok dimenzionalitásáról hallhattunk általánosságban. Tehát nulladimenziós, ha az anyag minden irányban nanoméretű, egydimenziós, ha két irányban nanoméretű és egy irányban makroméretű, ha pedig kétdimenziós a nanoanyag, akkor egy irányban nanoméretű, s két irányban makroméretű. Az egydimenziós nanoszerkezetek tulajdonságai rendkívül sokrétű felhasználást tesznek lehetővé. Ezek szemléltetésére Kukovecz Ákos néhány szemelvényt mutatott a közönségnek az eddigi tudományos sikerekből. Például ezek az anyagok rendkívül hegyesek. Sokkal hegyesebbek egy tűnél. Ez a tulajdonságuk lehetővé teszi, hogy a vízből el tudják távolítani a legkisebb olajcseppeket is. Továbbá hosszúak, és nagy a szakítószilárdságuk. Erre jó példa, hogy ezáltal az űrlift gondolata is felmerült a tudósokban. Érdekességképpen még egy Guiness-rekordot is felállítottak a nanotechnológia segítségével. A houstoni Rice Egyetem kutatói előállították a világ legfeketébb anyagát, mely a fénynek csupán 0,045 százalékát veri vissza. A védelem területén is kimagaslóak a nanotechnológia eredményei. A Juno Jupiter szondának az elektromos rendszereit is szénnanocsövek védik az elektrosztatikus feltöltődéstől. Emellett a golyóálló mellényeket is előszeretettel készítik szénnanocsövekből. Sőt, 2013 szeptemberében egy számítógépet is készítettek, ahol a szilíciumalapú félvezetőket szénnanocsövekkel helyettesítették. Igaz, ez a számítógép még csak kilohertzes órajellel dolgozik, de mindenképp figyelemreméltó eredmény a tudományos világban.

Az előadás végén a szegedi kutatásokról beszélt Kukovecz Ákos. Itt elsősorban szén- és titanát-nanocsövekkel, valamint titanát- és fémnanoszálakkal foglalkoznak. Vizsgálják ezek képződési mechanizmusát, átalakítását és alkalmazási lehetőségeit is.

Czakó Balázs