Zázračný svet atómov uhlíka

Roboti veľkosti krvinky, ktorí odstraňujú nádory, vírusy či cholesterol bez operatívneho zásahu, alebo kozmická misia, pri ktorej jediná sonda dopraví na cieľovú planétu tisíce robotov najrôznejšieho určenia. To je iba malá ukážka rozprávkovej ríše, do ktorej celkom reálne smerujú nanotechnológie. Významným krokom približujúcim realizáciu týchto snov je rozpoznanie vlastností látok zvaných fullereny. Už v 18. storočí švajčiarsky fyzik, matematik a astronóm Leonhard Euler (1707-1783) dokázal, že z 12 päťuholníkov a ľubovoľného počtu šesťuholníkov možno vytvoriť dokonale uzavretý mnohosten. Príroda to však vymyslela už dávno pred ním a využila pri tom atómy uhlíka. Podobné štruktúry sa totiž vytvárajú v okolí niektorých hviezd, pri úderoch blesku, v uhoľných vrstvách a možno aj pri dopadoch niektorých typov meteoritov. V roku 1985 sa Angličanovi Haroldovi W. Krotovi a Američanom Richardovi E. Smalleymu a Robertovi C. Curlovi podarilo dokázať existenciu tzv. fullerenov. Molekúl so 60 a viac atómami uhlíka usporiadaných do uzavretých sférických tvarov. Fullereny majú veľa mimoriadne zaujímavých vlastností, z ktorých jedna spočíva v tom, že sú v podobe gulí či od nich odvodených trubicových štruktúr ideálnym konštrukčným materiálom pre nanoštruktúry.

Najjednoduchšia fullerenová molekula sa skladá zo 60 atómov uhlíka. Tvorí ju 12 päťuholníkov a 20 šesťuholníkov, má priemer približne jedného nanometra a trochu sa podobá futbalovej lopte. Vymenovať všetky fantastické vlastnosti fullerenov by zabralo veľa priestoru. Veľa si od nich sľubuje napríklad medicína. Do uhlíkovej mreže fullerenových loptičiek totiž možno uzavrieť iné atómy alebo molekuly a zariadiť to tak, aby sa uvoľnili až v určitom okamihu alebo na určitom mieste. Tak bude možné dopravovať lieky priamo na miesto ich pôsobenia v organizme bez vedľajších účinkov. Pri chemoterapeutickej liečbe zhubných nádorov by to znamenalo prevrat. Iné fullereny zase majú

doteraz nevídané katalytické schopnosti. Niektoré deriváty fullerenov vykazujú aj supravodivosť pri pomerne vysokých teplotách. Je možné, že sen o materiáli s nulovým elektrickým odporom pri izbovej teplote sa splní práve vďaka týmto neobyčajným zlúčeninám.

Z hľadiska budúceho vývoja nanotechnológií je asi najvýznamnejšia skutočnosť, že pri príprave fullerenov v elektrickom oblúku vznikajú aj nanotrubičky rôznych priemerov vložené do seba. V súčasnosti sa vedci učia stavať tieto trubičky podľa najrôznejších schém usporiadania atómov, vkladať do nich atómy iných prvkov a pripravovať ich v najrôznejších rozmeroch. Z nich potom vytvárajú prvky použiteľné v nanokonštrukciách. Vedci z niekoľkých amerických univerzít nedávno predstavili nanopinzetu tvorenú dvoma uhlíkovými nanotrubicami. Tie sa mohli zvierať a roztvárať po zavedení nepatrného napätia. Podarilo sa nimi manipulovať objekty veľkosti dvadsať nanometrov. Podobné zariadenia by v budúcnosti mohli slúžiť ako manipulátory nanorobotov. Inou z aplikácií snov uhlíkových nanotrubíc sú vlákna s extrémnou doteraz nedosiahnuteľnou pevnosťou.

Niektorí jadroví vedci zase dúfajú, že vďaka nanotrubiciam bude možné dosiahnuť termojadrovú fúziu vo vreckovom meradle. Ľudstvo by tak získalo prakticky nevyčerpateľný zdroj energie, ktorý by pritom mal doslova miniatúrne rozmery. Vďaka usporiadaniu atómov ve fullerenoch a nanotrubiciach existuje nepredstaviteľné množstvo ich kombinácií, a teda i nepredstaviteľné množstvo vlastností takto získaných štruktúr.

(hdc)