Model hlavy včel, vyrobený „hmyzím“ kovodělnictvím. Kredit: SUTD.

Zpracování kovů, jak ho známe z těžkého průmyslu, obvykle vyžaduje vysoké teploty a tlaky, což má řadu nežádoucích následků. Výzkumný tým Singapore University of Technology and Design (SUTD) se inspiroval exoskelety, které jako brnění chrání tělo hmyzu, korýšů a dalších členovců, a vyvinul pozoruhodný postup, kterým lze vytvořit kovové struktury za pokojové teploty.

Javier G. Fernandez. Kredit: SUTD.

Pokud jde o zpracování kovů, kovodělnictví, obvykle si představíme pece a kovadliny, které provázejí lidstvo už od doby bronzové a jejich moderní, energii polykající protějšky. Příroda se ale našla jiné cesty. V exoskeletech členovců se občas vyskytují sloučeniny s kovy. Exoskelet tvoří především polysacharid chitin, který je nápadně podobný celulóze. Chitinová konstrukce může být impregnována anorganickými látkami z okolního prostředí, které pak zvyšují její pevnost.

Logo. Kredit: SUTD.

Javier Fernandez a jeho kolegové využili schopnosti polysacharidů jako je chitin vychytávat anorganické látky z prostředí a postavili na tom metodu výroby kovových struktur za pokojové teploty a tlaku. Použili k tomu chitosan, který se průmyslově vyrábí částečnou deacetylací chitinu v hydroxidu sodném.

Nejprve si vyrobili koloidní směsi kovů a poté je smíchali s malým množstvím chitosanu rozpuštěného ve vodě. Po vypaření vody začaly molekuly chitosanu přitahovat částice kovů, podobně, jako se to děje v exoskeletu členovců. Výsledkem tohoto biologií inspirovaného procesu je překvapivě čistý kovový materiál požadovaného tvaru. Obsahuje asi 99,5 procent kovu.

Biologicky inspirované kovodělnictví vyrobí struktury, které mají vlastnosti kovových materiálů, včetně elektrické vodivosti, ale současně jsou kompatibilní s dalšími biomateriály, i když obsahují jen velmi malé množství chitosanu. Jinak řečeno, lze je zabudovat třeba do dřeva nebo do celulózy. Je pravda, že takto vyrobené kovové struktury nejsou extra pevné, přesto ale mohou nalézt zajímavé uplatnění, jako třeba při výrobě komponent pro elektroniku. Do budoucna by se mohly stát součástí biologicky rozložitelné elektroniky.

Video: Production of electrically conductive biological objects at ambient conditions

Literatura

New Atlas 18. 8. 2024.

Advanced Functional Materials online 24. 7. 2024.