Diamanty budoucnosti
Nejdřív to vypadá, že si docent Alexander Kromka vybaluje svačinu. Z modrého boxu ale nevyndává obložený chleba, nýbrž Petriho misky se vzorky laboratorně vytvořených diamantů. Občerstvení připomíná snad jen lžička, která je pokrytá tenkou diamantovou vrstvou, což z ní dělá chemicky téměř nezničitelný předmět. Před sebou máme menu projektů, kterým se tady, ve Fyzikálním ústavu na pražské Ořechovce, věnují.
Nanodiamanty jsou ty nejmenší částice, které můžou vzniknout z diamantu. Mívají pět až sto nanometrů, ale čeští fyzici už připravili i kousky, jejichž velikost se pohybuje kolem 1 nm. „Takhle vypadají, když jich je pět trilionů v jednom gramu,“ popisuje další špičkový vědec, doktor Štěpán Stehlík. Ukazuje nám plastovou lahvičku, jejíž obsah připomíná prach. Tenhle prášek je ale cennější, než by se mohlo zdát.
Docent Alexander Kromka patří mezi nejzkušenější české fyziky, kteří se zabývají nanodiamanty. „Tenhle stroj tu máme od roku 2003. Jde o první komerční systém na výrobu diamantů," popisuje.
Práce s nanodiamanty je mravenčí práce. Doktor Štěpán Stehlík mimo jiné zkoumá možnosti, jak tyhle drobné částice vyrábět. „Zrovna se zabýváme vlastnostmi detonačních diamantů, které vznikají explozí," vysvětluje.
Diamanty, tedy i jejich trpasličí příbuzní jménem nanodiamanty, mají hned několik skvělých vlastností. Vedou teplo, jsou tvrdé a nesmírně chemicky i radiačně odolné – nepoškodí je dokonce ani nejsilnější kyselina. Na rozdíl od jiných materiálů, které jsou kvantově funkční jen ve vakuu nebo při teplotách hluboko pod nulou, si diamant zachovává své unikátní vlastnosti i při pokojové teplotě.
Skvěle si rozumí také s biologickým prostředím, třeba lidským tělem. Čím jsou menší, tím snadněji se vpraví do buňky. Pokud se navíc speciálně upraví, po externí stimulaci dokážou barevně svítit. „V těle se pak chovají jako světlušky, jejichž pohyb a chování můžete monitorovat. Dokážou být nápomocné při studiu důležitých buněčných procesů,“ popisuje Kromka.
Senzorické funkce nanodiamantů by se mohly hodit i hasičům. Ti na zásahy běžně nosí poměrně velký detektor fosgenu, toxického plynu, jenž se uvolňuje mimo jiné při hoření plastu, například PVC. „Stačil by jeden miniaturní žáruvzdorný detektor s nanodiamantovým elektronickým prvkem na rukávu, který by přítomnost fosgenu odhalil dřív a spolehlivěji,“ vysvětluje Kromka, který projekt s dalšími odborníky řešil pro blatenskou Teslu.
Díky nanodiamantům bychom rovněž mohli snáze předcházet chemickému zamoření válečných oblastí. „Zjistili jsme, že v kombinaci s oxidem titaničitým umí nanodiamanty urychlit rozkládání neurotoxických látek, jako je třeba sarin nebo soman,“ vysvětluje Štěpán Stehlík. Dosavadní experimenty ukázaly, že už pouhé procento nanodiamantů v kompozitním materiálu (neboli materiálu poskládaném z více funkčních složek) dokáže zásadně urychlit rozklad těchto nervových jedů. Jde o možné řešení, jak efektivněji dekontaminovat oblasti, kde se chemické zbraně – přestože jsou zakázané – použily v bojích. Třeba v Sýrii.
Diamantové vrstvy nejspíš za pár let ovlivní i podobu elektroniky. „Velmi dobře odvádějí teplo, proto se přístroje tolik nepřehřívají a jsou výkonnější,“ popisuje Stehlík.
Pokud nahradí větší součástky, přístroje se násobně zmenší. „To by se mohlo hodit v kosmonautice, kde se prodraží každé kilo navíc, které musíte vynést do vesmíru,“ doplňuje Alexander Kromka. Díky diamantům by součástky zkrátka mohly být menší, lehčí a výkonnější.
Kromka nabízí ještě jeden příklad, bližší než kosmos. „Diamantové elektrody dokážou skvěle čistit vodu,“ vypráví. Umí rozložit například syntetické chemické látky, které vylučujeme močí, hlavně když bereme léky. „Příroda si s nimi neporadí a čistička je nezachytí. Proto by se měly likvidovat už v domovech pro seniory a nemocnicích, kde je medikace nejčastější,“ říká Kromka. Jeho tým teď tyto speciální elektrody testuje pro Pražské vodovody a kanalizace. Diamanty by tak mohly být pomyslnými ledvinami našich potrubí.
Čeští fyzici se zabývají také dalším velkým tématem: zkoumají rozdíly mezi syntetickými a přírodními diamanty. Shodují se, že jejich vlastnosti jsou srovnatelné. Ale zatímco těžba pravých diamantů je velkou zátěží pro životní prostředí a v Africe kvůli ní už přišly o život miliony lidí včetně dětí, ty laboratorně vytvořené jsou ekologičtější, až třikrát levnější a vyrostou i za pár dnů. Šperkařský průmysl se zatím syntetickým diamantům spíš brání, poptávka po uměle vytvořených drahokamech však stoupá. Až budoucnost ukáže, zda jednou budou „krvavé“ diamanty zcela nahrazeny jejich syntetickými dvojčaty. Třeba těmi, která vznikají pod rukama vědců z Fyzikálního ústavu Akademie věd.