Ovladatelný nanopapír

16. června 2021  ·  Mgr. Zdeňka Březinová

Tenoučký nanopapír lze přeměnit z pevného na měkký stisknutím tlačítka

Vědy o materiálech si rády berou za vzor specifické vlastnosti živých organizmů. Jedním z nejnovějších příkladů toho je vývoj nového druhu nanopapíru (dále též papír), který lze přeměnit z pevného na měkký pouhým stisknutím tlačítka.

Jedná se o výzkumně‑vývojový projekt vedený profesorem Andreasem Waltherem z Univerzity Johannese Gutenberga (JGU) v Mohuči, Německo. Spolu s členy VaV týmu vybavil nanopapír mechanismem, díky kterému je možno modulovat jeho pevnost a tuhost prostřednictvím elektrického přepínače. Jakmile dojde k přísunu elektrického proudu, nanopapír změkne, jakmile proud ustane, papír opět ztuhne.

Na tomto projektu spolupracují rovněž vědci z Freiburské univerzity v rámci tamní „Cluster of Excellence“, jedné ze skupin založených Německou výzkumnou nadací (German Research Foundation, DFG) pro rozvoj spolupráce mezi univerzitami, výzkumnými organizacemi a obchodním sektorem. Výzkum probíhá pod hlavičkou projektu „Living, Adaptive, and Energy-autonomous Materials Systems“ (Systémy živých, adaptivních a energeticky autonomních materiálů, livMatS).

Konkrétní inspirací při vývoji ovladatelného nanopapíru byly vědcům mořské okurky a jejich zvláštní obranný mechanismus. Tito živočichové se při napadení predátory brání tím, že běžně měkký povrch svého těla zatvrdí. Týmu vývojářů se nyní tento složitý proces podařilo napodobit a přenést jej na celulózová nanovlákna získaná z buněčné stěny stromů.

Jelikož jsou nanovlákna ještě tenčí, než mikrovlákna v běžném papíře, je výsledná struktura průhledná, zdánlivě skleněná, a pozoruhodně lehká. Zabudováním elektřiny dosáhli vědci přepínatelnosti mezi dvěma fyzickými stavy tohoto materiálu, což otevírá cestu k nepřebernému množství využití, například jakožto obalového materiálu pro ochranu zboží proti nárazům. Mechanismus přepínání funguje na principu zahřívání nanopapíru elektrickým proudem na molekulární úrovni, čímž dochází k dočasnému rozbití síťovacích bodů a změkčení materiálu.

Momentálně je k odstartování reakce zapotřebí externí energetický zdroj. Dalším stádiem výzkumu a vývoje bude vytvoření materiálu s vlastním systémem pro akumulaci energie, který by byl s to spustit reakci autonomně, v reakci na okolní podmínky.

Výhledově se tato technologie samozřejmě nemusí omezovat pouze na papír, ale nabízí se široká škála potenciálního uplatnění i u dalších, aktuálně statických materiálů.

Profesor Walther je nejen spoluzakladatelem Cluster of Excellence na Freiburské univerzitě, ale působí také jako profesor makromolekulární chemie na mohučské Univerzitě Johannese Guteberga a v dalších výzkumných uskupeních. Za svůj projekt nazvaný „Metabolic Mechanical Materials: Adaptation, Learning & Interactivity” (M3ALI) obdržel ERC Consolidator Grant (grant udělovaný Evropskou výzkumnou radou (European Research Council, ERC), jedno z nejvýše dotovaných evropských dotačních ocenění udělovaných špičkovým výzkumným pracovníkům.

Zdrojový článek: https://www.rdworldonline.com/wafer-thin-nanopaper-changes-from-firm-to-soft-at-the-touch-of-a-button/

Celý článek o projektu ovladatelného nanopapíru publikovaný v časopise Nature Communications: https://www.nature.com/articles/s41467-021-21599-1