Roheline värav. Jaak Kikas: metalloksiidsed torukesed (10.07.2008 09:50)

Hiljuti jooksis Eesti meediast läbi uudis Tartu füüsikute, keemikute ja materjaliteadlaste tegemistest: Tartu Ülikooli füüsikud ja keemikud koos Eesti nanotehnoloogiate arenduskeskusega avastasid esialgu nurjunuks peetud katse käigus täiesti uudse struktuuriga materjali – metalloksiidsed torukesed.

Püüan järgnevas vastata mõnedele küsimustele, mis lugejal tekkida võivad ja mis avastuse tausta ja tähtsuse mõistmiseks olulised võiksid olla.

Miks torud kasulikud on?

On õige mitu head põhjust, miks torusid kiita. Torude abil saab efektiivselt suunata vedelike ja gaaside voolu. Torud on mehaaniliselt tugevad, aga samas ka suhteliselt kerged – kes veidigi lähemalt taimekõrte ehitust uurinud, näeb, et selle nipi on loodus ammu kasutusele võtnud. Ja torudega on seotud ka mitmed resonantsinähtused, mida samuti praktiliselt kasutada annab (oreliviled!).

Miks pisikesed torud kasulikud on?

Neid põhjusi on samuti päris mitu. Mõned pisitorudest – süsiniknanotorud – on tugevaim teadaolev materjal (ja karta on, et palju tugevamat ei saagi enam teha). Nanodiapasoonis lähevad suureks torudega seotud resonantside (akustiliste, elektriliste) sagedused – arvutite taktsageduse tõstmine aga on olnud üks olulisi teid nende jõudluse tõstmisel. Mikrovoolamiselgi on oma paljulubavaid rakendusi, eelkõige üliväikeste ainekoguste analüüsil ja keemilisel sünteesil, huviline leiab enamat informatsiooni Wikipedia artiklitest Microfluidics ja Nanofluidics. Ja võiks ka nimetada asjaolu, et hulkraksete organismide rakkude mitmete elutähtsate funktsioonide (sh paljunemise) juures on olulised „tegijad“ rakusisesed bioorgaanilised nanotorud – mikrotuubulid („rakuskelett“).

Miks metalloksiidsed mikrotorud kasulikud on?

Metalloksiide – jutuks olevates uuringutes on saadud mikrotorujaid moodustisi titaani, tsirkooniumi ning hafniumi oksiididest – iseloomustab nende materjalide suur tugevus, hea temperatuuritaluvus (hafniumdioksiidi sulamistemperatuur on 2500 ºC) ja keemiline inertsus. Sellistel materjalidel on ka kasulikke elektrilisi (elektriisolaatorid), optilisi (läbipaistvad) ja (foto)katalüütilisi omadusi – näitena viimaste kohta võib tuua päikesevalguse toimel mustust lagundava titaandioksiidkatte nn isepeseva aknaklaasi pinnal. Toruja struktuuriga elementidest koosnevaid materjale iseloomustab suhteliselt suur eripind, mis on oluline tahiskatalüüsi juures. Kuigi esialgu on tegemist vaid uue nähtuse – uute materjalide avastamisega, viitavad nende omadused laiale rakenduspotentsiaalile keemiatööstuses, sensoorikas, uute ekstreemtingimustes (sh kosmoses) töötavate komposiitmaterjalide väljatöötamisel ja mujal.

Kuidas torusid tehakse?

Muidugi saab torusid teha ka „makaronipuurimise“ meetodil, aga see pole eriti efektiivne või on võimatugi – eriti kui on vaja suures koguses, kuid pisikese läbimõõduga torusid. Seetõttu pakuvadki erilist huvi kõik protsessid, mille käigus mikro- või nanotorud iseeneslikult moodustuvad („isekoostumine“). Ühe sellise ongi Tartu teadlased nüüd avastanud: sünteesi käigus rulluvad üliõhukesed oksiidmaterjalist lehekesed iseeneslikult torukesteks läbimõõduga 2–50 mikromeetrit ja pikkusega kuni paar millimeetrit. Torukeste seinapaksus jääb seejuures alla poole valguse lainepikkuse.

Lõpuks on kohane avaldada tunnustust ka selle avastuse taga seisvale teadlaste kollektiivile: TÜ doktorandid Martin Järvekülg ja Valter Reedo, dotsent Uno Mäeorg, nanostruktuuride füüsika labori juhataja Ants Lõhmus ning Eesti nanotehnoloogiate arenduskeskuse direktor Ilmar Kink. Kuigi autorid ise viitavad tagasihoidlikult avastuse juhuslikule iseloomule „esialgu nurjunuks peetud katse käigus“ on selge, et sellised juhused tulevad suure tõenäosusega ette vaid intensiivse uurimistöö korral.

Professor Jaak Kikas,TÜ Füüsika Instituudi materjaliteaduse osakonna juhataja

Prindi | Kommenteeri | Loe kommentaare (0)

Eelmised artiklid: