Metalowa piana

Zjawiskiem piany zainteresowali się także ludzie zgłębiający tajniki świata nanocząstek i nanostruktur.

Pieni się mydło, gdy się kąpiemy. Strażacy używają specjalnych pian do gaszenia. Pieni się brudna woda. Piana jest czymś powszechnym. Na gruncie typowo naukowym problemami z nią związanymi zajmują się naukowcy badający właściwości materiałów ceramicznych. Ostatnio zainteresowali się nią także ludzie zgłębiający tajniki świata nanocząstek i nanostruktur.

Materiały porowate są obecne wszędzie – od tkanek kostnych po katalizatory reakcji chemicznych. Mają także interesujące własności mechaniczne – są lekkie, a jednocześnie bardzo wytrzymałe. Sterując w procesie technologicznym (na przykład przy wytwarzaniu materiałów budowlanych) ilością oraz objętością porów, można otrzymywać materiały do konkretnych zastosowań co umożliwia budowanie np. konkretnych obiektów budowlanych.

Powodem dużej ilości odkryć naukowych jest przypadek – tak było i tym razem. Dwa lata temu grupa badaczy z Los Alamos National Laboratory (Nowy Meksyk) prowadziła eksperymenty fizykochemiczne – badali proces spalania metali przejściowych w obecności azotu. Zupełnie przypadkiem otrzymali bardzo ciekawy materiał. Uzyskana jednorodna metaliczna piana miała gęstość ok. 0,01 g/cm3 i powierzchnię właściwą w granicach 270 m2/g. Oznacza to, że jeden gram tej substancji ma powierzchnię równą w przybliżeniu powierzchni kortu tenisowego – związane jest to z obecnością w tym materiale porów o wielkości około 10 nanometrów (zachodzi efekt podobny do tego, co widać na przykładzie gąbki do kąpieli – sama w sobie jest ona dość mała, jednak ma w sobie dużo otworów – porów, które zwiększają jej powierzchnię właściwą). Sam fakt istnienia „pieniących się ” metali był już znany wcześniej. Nie udało się jednak jeszcze nikomu wytworzyć struktur o takiej wielkości porów (potwierdzenie ich obecności w omawianym przypadku potwierdzone zostało wykonaniem badań przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego). Mechanizm ich powstawania nie jest jeszcze z resztą do końca zbadany. Bryce Tappan wraz z zespołem badali żelazo, kobalt, srebro i miedź.

Materiały te zainteresują zapewne konstruktorów czujników chemicznych, filtrów czy elementów elektronicznych. Podstawowym jednak polem potencjalnych zastosowań jest rozwój technik związanych z ogniwami paliwowymi oraz napędem wodorowym.

Marcin Perzanowski