Nanotehnologija: Izolacija iz obnovljivih nanodelcev

Negorljiva pena s supertoplotnoizolacijskimi lastnostmi je sestavljena iz treh osnovnih grad­nikov. »To so nanovlakna celuloze, nanodelci grafenovega oksida in nanopalčke sepiolita. Vsi ti gradniki so bili vmešani v vodo z dodatkom borove kisline, tako pripravljena suspenzija pa je bila nato kontrolirano zamrznjena s tekočim dušikom. Pravokotno na smer zmrzovanja so zrasli dolgi ledeni kristali, ki so jih nato odstranili s sublimacijo. Nastala je ultralahka pena, ki ima obliko, podobno satovju. Vsebuje nekaj centimetrov dolge cevaste pore s premerom le 20 mikrometrov, debelina sten por pa je 0,2–0,4 mikrometra. Pravzaprav ima pena takšno obliko kot pokončno postavljen šop cevi,« pojasnjuje dr. Andraž Kocjan z Instituta Jožef Stefan in dodaja, da ima pena zaradi kombinacije gradnikov in strukture dobre mehanske lastnosti, je odlično izolativna in negorljiva. Novi material bi lahko nadomestil standardne materiale, ki se uporabljajo v fasadnih sistemih. Negorljiva nanokompozitna pena je denimo dvakrat bolj izolativna od EPS, kar pomeni, da bi za dosego podobnega izolativnega učinka zadostoval za pol tanjši toplotni ovoj. Vendar, poudarja Kocjan, so potrebne še nekatere inženirske rešitve, kako material uporabiti: »Material je izredno lahek (od 100- do 200-krat lažji od vode) in tudi anizotropen, kar pomeni, da ima zaradi svoje notranje zgradbe v različnih smereh različne fizikalne lastnosti. Njegova odlična izolativnost se nanaša na radialno smer navpičnih cevastih por (rast kristalov ledu), mehanske lastnosti pa na aksialno, kjer pa ni tako dober izolator.«

Kdaj bo novi material prišel na trg, je težko napovedati, možnosti so po besedah sogovornika zelo dobre. Bo pa treba pred morebitno industrijsko proizvodnjo iznajti cenejši način kontroliranega zamrzovanja. »Tu bodo prav prišli znanje in tehnološki procesi v industriji hrane, kjer imajo izkušnje s tehnologijo zamrzovanja in pripravo pen. Če ne bo prevelikih ovir, bi lahko material prišel na trg v treh do petih letih. Vsi nadaljnji koraki potekajo pod okriljem Univerze v Stockholmu,« pravi Kocjan.

Z razvojem novega materiala so se dobro leto ukvarjali najmanj štirje znanstveniki pod vodstvom prof. Lennarta Bergströma z omenjene univerze. Da so lahko zgolj v letu dni sestavili takšen »mozaik« sicer dobro poznanih gradnikov, je bilo potrebnega veliko znanja. Celotno raziskavo, ki vključuje razvoj in sintezo novega materiala, njegovo karakterizacijo in prikaz uporabnosti na konceptualni, laboratorijski ravni, so v začetku novembra objavili v reviji Nature Nanotechnology, ki je ena najuglednejših znanstvenih revij s področja nanoznanosti in nanotehnologije. »V znanosti skoraj nič ne nastane iz nič. To pomeni, da so do končnega produkta pripomogli tudi številni znanstveniki in študentje, ki so kakor koli sodelovali s prof. Bergströmom v povezavi z nanocelulozo,« poudarja Andraž Kocjan, eden izmed sedmih znanstvenikov, podpisanih pod znanstvenim člankom v ugledni tuji reviji. Njegov prispevek k raziskavi so bile meritve toplotnih lastnosti materiala in pomoč pri njihovi interpretaciji. Preostali avtorji so: German Salazar-Alvarez in Lennart Bergström z Univerze v Stockholmu, Bernd Wicklein z Inštituta za znanost o materialih v Madridu, Federico Carosio in Giovanni Camino s Politehnike v Torinu ter Markus Antonietti z Inštituta Maxa Plancka.