Nanomateriály jsou součástí našeho života

Nanomateriály se uplatňují v mnoha oborech, ve zdravotnictví, v průmyslu potravinářském, textilním, chemickém i ve strojírenství. Podstatu a jejich využití přibližuje ing. Petr Vlčák, Ph.D., vedoucí Ústavu fyziky Fakulty strojní ČVUT v Praze, který se jejich výzkumem zabývá.

Co si má laik představit pod pojmem nanomateriál?

„Nanomateriály tvoří částečky menší než 100 nanometrů. Pro představu – lidský vlas má tloušťku 42 až 95 mikrometrů, což jsou jednotky tisíckrát menší než milimetr a nanometr je pouhá miliardtina metru. Podstatné je, že vlastnosti látek v nanorozměrech se projevují jinak než u látek běžných velikostí. A právě odlišnosti ve fyzikálně-chemických vlastnostech činní látky v nanoměřítku velmi atraktivní, proto našly uplatnění v mnoha oborech lidské činnosti. Běžně se s můžeme setkávat s výrobky s pasivními nanostrukturami, jako jsou například nanočástice, nanopovlaky a nanostrukturované materiály a kompozity na bázi kovů, keramiky a polymerů, jejichž vlastnosti a dopady na funkci jsou v čase stabilní.

Čím se zabývá váš výzkum?                                 

Výzkumná skupina Ústavu fyziky se zabývá nanopovrchy. Jde o výzkum nanotechnologií z pohledu povrchů a jejich modifikací iontovými svazky. V souladu s vývojovými trendy v oblasti nanotechnologií se u nás rozrostlo i vytváření tenkých vrstev a nanostrukturo-vaných povlaků, které mají technicky zajímavé vlastnosti, jako je vysoká odolnost proti korozi, bioaktivita, nízký koeficient tření a opotřebení nebo speciální optické vlastnosti. A když takový nanomateriál vytvoříme v povrchu nebo ho na povrch jen naneseme, je schopen propůjčit své vlastnosti povrchu na odlišném podkladovém materiálu.  

Vytváření povlaků je asi starší nápad. V čem spočívá kvalitativní rozdíl povlaků vytvářených „novými způsoby“?

Ano, jedním z nejběžnějších a vývojově nejstarších způsobů úpravy povrchu povlakováním je nanášení nitridu titanu. Moderní forma vytváření nitridů je prováděna na úrovni kinetické interakce urychlených iontů s atomy základního materiálu. To umožňuje zefektivnění procesu nitridování. Také fakt, že nitridová vrstva je integrovaná v základním materiálu a nízké procesní teploty vedou k výhodám jako je zvýšená adheze, zachování geometrické a tvarové přesnosti ve srovnání s klasickými metodami. Toho se může s výhodou využít například při vytvrzování forem lisů, v zařízeních pro přesnou a jemnou optiku, pro zlepšení povrchových vlastností chirurgických implantátů, ale i skalpelů.
Nicméně základní přístupy vytváření povlaků jsou stále aktuální a v rámci materiálových inovací probíhá rovněž výzkum i jejich vylepšení.   

Jaký je hlavní přínos nanášení vrstvy?

Povlak je na povrch součásti nanesená vrstva materiálu, která je natolik tlustá, že se uplatňují převážně vlastnosti povlaku. Zatímco vrstva sama o sobě může znamenat jen ovlivnění vrstvy povrchové oblasti modifikovaného materiálu, jehož součástí se stává. Vlastnosti vrstev jsou pak podstatným způsobem ovlivňovány přechodovou oblastí a základním materiálem. My se zabýváme vytvářením takových vrstev, zejména obohacováním základního materiálu technicky významným prvkem pomocí iontové implantace. Následně tak může dojít například k vytvrzení materiálu nebo naopak k jeho změkčení apod.   

Jak vidíte budoucí potenciál nanotechnologií?

Nanotechnologie se už staly součástí běžného života. Většina lidí si ani neuvědomuje, že je využívá i osobně. Používají se například v kosmetických přípravcích, v potravinách, v zubních pastách nebo na ochranné povlaky automobilů v myčkách. Nové možnosti mohou přinést nanoprášky v 3D tisku nebo při výrobě implantátů. A do budoucna má velký potenciál i vývoj aktivních nanostruktur například v podobě nosičů léčiv nebo nanokompozitů pro aktivní regeneraci nervových tkání. Zásadní objevy tohoto druhu se teprve očekávají.