Do novih materialov pod visokim pritiskom
Na kakšne načine svetovni (in slovenski) znanstveniki poskušajo ustvariti nove stvari, ki bodo že jutri koristile vsemu človeštvu
Znanost na nekaterih področjih ne napreduje zgolj z majhnimi koraki, pač pa na nekaterih področjih že kar skače v prihodnost. Eden od primerov takšnih preskokov je ustvarjanje novih materialov v različnih okoliščinah. Nedavno smo imeli priložnost na Inštitutu Jožefa Stefana spoznati britanskega znanstvenika, prof. dr. J. Paula Attfielda, ki sodi v sam vrh na tem področju, z njim pa so sodelovali in še vedno sodelujejo nekateri znanstveniki iz Slovenije. Uspehi so res izjemni. V Edinburgu, od koder prihaja Attfield, je njegovim kolegom s pomočjo pospeševalnika v laboratorijskih okoliščinah uspelo sestaviti celo material, ki je trši od diamanta. Slednji namreč velja za enega najtrših, kar jih poznamo.
Včasih si je vse to težko predstavljati in zveni morda že kot znanstvena fantastika. Človek se preprosto mora uščipniti, da se zave, da je vendarle vse to že resničnost. Po eni strani imajo znanstveniki dandanes na voljo računalnike, umetno inteligenco in še kaj, kar jim omogoča teoretično sestavljati različne kemijske elemente in tako ustvarjati formule materialov, ki bodo morda človeštvu že kmalu v pomoč. Po drugi strani imajo aparature, v katerih lahko denimo pod zelo visokim tlakom – kar počno tudi v Edinburgu – ustvarjajo povsem oprijemljive materiale, ki bodo morda nekoč uporabni tudi v industrijski proizvodnji.
Visok tlak
Če bi kar najbolj enostavno in laično poskušali razložiti, kaj škotski znanstvenik in člani njegove ekipe počnejo, bi rekli, da pod pogoji, podobnimi tistim globlje pod Zemljino skorjo, kjer so sile močnejše, kombinirajo kemijske elemente, s pomočjo katerih nato denimo ustvarijo nove vrste kovin.
Kot je pojasnil dr. Attfield, se znanstveniki med drugim ukvarjajo s tem, kaj se zgodi, če se različni sistemi znajdejo v skrajnih okoliščinah, kot so visok tlak, visoka ali ekstremno nizka temperatura in visok magnetizem. Še posebej preproste elemente in spojine lahko izpostavijo drugačnemu tlaku in dosežejo nove rezultate. V zadnjih desetih letih je bilo eno največjih dognanj nemških znanstvenikov, da lahko pod določenimi pogoji žveplov hidrid postane odličen superprevodnik. Nepričakovana ugotovitev
je spodbudila mnoge druge raziskave. Za dokaj zapletenimi kemijskimi in fizikalnimi enačbami ter dejavniki pa se skriva preprosta želja, da bi odkrili nekaj novega, kar bi morda izboljšalo človeški vsakdan.
Tudi dr. Attfield govori z velikim zanosom in energijo, skupaj z dokaj številno ekipo, ki jo imajo na Škotskem, pa dosega uspehe, o katerih
poročajo v prestižnih znanstvenih publikacijah.
Vrhunska znanost
Za komentar o vsem tem smo povprašali dr. Mirelo Dragomir, ki je bila na Škotskem in je med drugim tudi raziskovalka na Inštitutu Jožefa Stefana. »To, kar počnejo na Škotskem, je vrhunska znanost, pri kateri poskušajo z dodatnimi dimenzijami, kot je višji tlak, vplivati na materiale, s čimer se nam odpirajo nove možnosti sestavljanja takšnih materialov, ki so nam v običajnih okoliščinah nedosegljivi. Poleg tega lahko pod takšnimi pogoji ugotovimo kaj novega o že obstoječih materialih.«
Dodala je še, da lahko takšna dognanja v nekaj letih, ko bolje razumejo lastnosti materialov, koristijo tudi industriji in človeštvu na splošno. »Med drugim lahko tako denimo napredujemo na področju shranjevanja energije pa LED-svetil in še marsikje drugje,« je izpostavila Dragomirjeva. Tudi v Nedeljskem dnevniku smo poročali o uspehu dr. Matica Lozinška, ki je dobil evropska sredstva za delo na področju preizkušanja fluora pod visokimi tlaki. Kot smo takrat pisali, bodo njegova dognanja, če se predpostavke potrdijo, na novo spisala kakšno poglavje v kemijskih učbenikih. Podobnost med delom pri njegovem projektu v Ljubljani in tistim, kar počnejo na Škotskem, vidi v tem, da v obeh primerih uporabljajo visok tlak kot glavno orodje, razlika pa je v tem, da se ekipa profesorja Attfielda ukvarja predvsem z novimi snovmi, spojinami in njihovimi lastnostmi, medtem ko se Lozinškova ekipa ukvarja predvsem z »novo kemijo«, kemijskimi spremembami in podobnimi vidiki.
Tri desetletja
Za dokaj zapletenimi kemijskimi in fizikalnimi enačbami ter dejavniki, se skriva preprosta želja, da bi odkrili nekaj novega, kar bi morda izboljšalo človeški vsakdan.
Če se za hip vrnemo na področje uspeha znanstvenikov glede materiala, ki je trši od diamanta: namreč, to dognanje je odlična ilustracija tega, kje smo danes. Kar tri desetletja so znanstveniki potrebovali, da so dosegli ta uspeh. Večinoma je šlo za poskuse in učenje iz napak, pa tudi niza »porazov«. Sodelovali so tako strokovnjaki z Univerze v Edinburgu kot z nemške Univerze Bayreuth in švedske Univerze Linköping. Večina takšnih sodobnih dognanj je delo širokega kroga znanstvenikov. Da imajo takšna prizadevanja lahko tudi zelo konkretne rezultate, kaže podelitev Nobelove nagrade leta 2014, ki so si jo razdelili japonski znanstveniki Isamu Akasaki, Hiroši Amano in Šudži Nakamura, ki se ukvarjajo z materiali in so med drugim ustvarili GaN LED, podlago sodobne bele LED-svetilke. Nova tehnologija omogoča še manjšo porabo elektrike, nekajkrat manjšo od tiste pred nekaj desetletji, in je s tem material tudi bolj sprejemljiv z okoljevarstvenega vidika.
Znanstveniki tudi pri nas po svojih močeh nadaljujejo odkrivanje novih materialov. Morda že jutri, tudi s pomočjo mladih bistrih glav, ki pri nas sodelujejo na univerzah in različnih inštitutih, sporočijo novico o novem izjemnem dosežku. Tudi v tem smislu živimo v res razburljivih časih.