Jusztina, Kozma, Damján2020. szeptember 26., szombat
Tudomány

Élenjáró nanotechnológia Szegedről

National Geographic Magyarország

Vízhatlan, mégis lélegző, baktériumölő és öntisztuló felület – erre mind képes az a nanogél, amit nemrégiben fejlesztettek ki szegedi kutatók. A titanát nanoszerkezetekben rejlő lehetősége szinte határtalan.

Fotó: SZTE Informatikai Karának Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszéke

A nanotechnológia alig néhány éve még a tudományos fantasztikum világához tartozott – ma már egyre inkább a mindennapjaink része. A Szegedi Tudományegyetem Természettudományi és Informatikai Karának Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszéke – az Auro-Science Kft.-vel közösen – nemrégiben a világ élvonalába tartozó gyártási technológiát fejlesztett ki, éppen az ilyen, haladó nanotechnológiai termékek előállítására.

Az általuk előállított nanogél könnyen felvihető a legkülönbözőbb felületekre (vakolat, kő, beton stb.), ám különleges tulajdonságai biológiai és kémiai szempontból öntisztulóvá teszi azokat, megakadályozza a víz behatolását, miközben megtartja a lélegző képességüket.

Vajon hogyan készülnek ezek a molekuláris méretű szerkezetek, és milyen további lehetőségek rejlenek ezekben a kutatásokban?

Kukovecz Ákostól, a szegedi kutatás egyik vezetőjétől megtudtuk, a nanoszerkezetek előállítására két megoldás ismert. „A »top-down« módszerek a nagyobb méretektől haladnak a kisebb felé. Ilyenek például a félvezető mikroelektronika által használt litográfiás eljárások vagy a nagyenergiájú őrléssel végzett méretcsökkentés. A mi kutatócsoportunk a másik, ún. »bottom-up« megközelítést alkalmazza gyakrabban, így készítjük a titanát nanocsöveket is. Itt a lényeg az, hogy az atomok, molekulák szintjéről elindulva építjük fel a nanorészecskéket, mint egy LEGO-figurát.”

A kutatók természetesen a valóságban nem tudják az atomokat egyesével megfogni és a helyükre rakni, ehelyett az anyag természetes rendeződési, kristályosodási hajlamát használják ki. „Valójában minden, spontán meginduló kristályosodási folyamatban keletkeznek nanorészecskék – akár egy bögre meleg, tömény cukros tea lehűtésekor is. Ezek nagyon rövid ideig léteznek ebben a méretben, mert a kristályosodás előre haladtával gyorsan kinövik a nanométeres tartományt” – magyarázza Kukovecz Ákos.

A legtöbb, alulról építkező szintézismódszer lényege az, hogy a kutatók éppen a kívánt méret elérésekor állítják le a növekedést. „Ha pedig sikerül valamelyik kristálylap növekedési sebességét a többihez képest felgyorsítani, akkor megnyúlt, aszimmetrikus kristályokat is előállíthatunk. Az ilyen nanoszálak átmérője csak néhány nanométer, de a hosszuk ennek akár több tízezerszerese is lehet. A titanát nanocsöveket lúgos közegben, hidrotermális úton készítjük. Mivel a titanát nanocső az adott körülmények között a rendszer legstabilabb állapotát jelenti, ezért nagyon jó kitermeléssel, mellékreakciók nélkül, tisztán lehet gyártani.”

Titanát

A szegedi kutatások fókuszában álló nanocsövek mikroszkopikus szerkezete egy felcsavart szőnyegre emlékeztet, ám a „szőnyeg” vastagsága alig néhány molekulányi. Alapanyaga a titán-dioxid (TiO2), ami a természetben több ásványban is nagy mennyiségben előfordul. A titanát nanocsöveket lúgos közegben, hidrotermális úton készítik. Tömény lúgos oldatban, magas hőmérsékleten a lúgban jelenlévő nátrium-ionokkal közösen újrakristályosodva titanát kristályokat képeznek. A keletkező titanát kristályok alakja elvileg sokféle lehetne. Ha azonban jól állítják be a reakció paramétereit, akkor éppen a titanát nanocső lesz az a kedvezményezett forma, amilyenné az anyag lényegében „magától” alakulni szeretne.

A szegedi kutatócsapat egy titanát nanocső alapú anyagcsaládot fejlesztett ki, amelyből mindig a felhasználói igényeknek megfelelő tagot választhatják ki. Az ionos titanát nanocsövek, illetve nanoszálak használhatók ioncserélőként, nagy fedőképességű fehér pigmentként vagy műanyagokat erősítő adalékként. Alkalmasan módosított típusukat festékbe keverve antibakteriális, vízlepergető tulajdonságú felületet kaphatunk. Hőkezeléssel a titanát visszaalakítható titán-dioxiddá anélkül, hogy a nanoszál-szerkezetet elveszítenénk. Az így kapott anyag akár 700 °C feletti hőmérsékleten is stabil, porózus hálózatokat alkothat, és emellett fotokatalitikusan is aktív. Ezért készíthető belőle öntisztuló szűrőmembrán, felületükön erősített üveg, a szobalevegőt fotokatalitikusan tisztító festék, kopásálló bevonat stb. „Finn partnereinkkel végzett kísérleteink azt mutatják, hogy a megfelelően módosított és hőkezelt titanát nanoszálak egészen jól működnek a – megújuló energiaforrásokkal kapcsolatos kutatások egyik ‘Szent Gráljának’ számító – direkt fotokatalitikus vízbontási reakcióban is” – világít rá a kutató arra, hogy miért élenjáró a náluk folyó fejlesztő munka.

 

Forrás: Horváth Árpád

Hozzászólások

Neandervölgyi DNS-re bukkantak egy ősi fogban

Neandervölgyi DNS-re bukkantak egy ősi fogban

Egy neandervölgyi zápfog több tízezer éven át várt a felfedezésre a mai Lengyelország területén található Stajnia-barlangban.

Klímaanomália növelhette a világháborús veszteségeket

Klímaanomália növelhette a világháborús veszteségeket

A szakértők olyan különös éghajlati jelenséget azonosítottak, amely nemcsak az első világháborús, hanem a spanyolnáthához köthető halálozást is növelhette.

Újabb bizonyíték a Hold keletkezésének elméletére

Újabb bizonyíték a Hold keletkezésének elméletére

A leginkább elfogadott hipotézis alapján több mint 4 milliárd évvel ezelőtt egy Mars nagyságú bolygó csapódott a Földnek, így jött létre a Hold.

Íme az első magyarországi dinoszaurusztojás

Íme az első magyarországi dinoszaurusztojás

Két magyar kutatócsoport munkájának együttes eredményeként nemcsak egy ritka fosszíliával lettünk gazdagabbak, de a madárszerű dinoszauruszok európai elterjedéséről alkotott kép is megváltozhat.

Bányászok találtak rá egy ősi becsapódási kráterre

Bányászok találtak rá egy ősi becsapódási kráterre

A hatalmas meteoirittöbb tíz- vagy százmillió évvel ezelőtt csapódhatott be a mai Ausztrália területén.

National Geographic 2020. szeptemberi címlap

Előfizetés

A nyomtatott magazinra,
12 hónapra

9 960 Ft

Korábbi számok

National Geographic 2010. januári címlapNational Geographic 2010. februári címlapNational Geographic 2010. márciusi címlapNational Geographic 2010. áprilisi címlapNational Geographic 2010. májusi címlapNational Geographic 2010. júniusi címlapNational Geographic 2010. júliusi címlapNational Geographic 2010. augusztusi címlapNational Geographic 2010. szeptemberi címlapNational Geographic 2010. októberi címlapNational Geographic 2010. novemberi címlapNational Geographic 2010. decemberi címlapNational Geographic 2011. januári címlapNational Geographic 2011. februári címlapNational Geographic 2011. márciusi címlapNational Geographic 2011. áprilisi címlapNational Geographic 2011. májusi címlapNational Geographic 2011. júniusi címlapNational Geographic 2011. júliusi címlapNational Geographic 2011. augusztusi címlapNational Geographic 2011. szeptemberi címlapNational Geographic 2011. októberi címlapNational Geographic 2011. novemberi címlapNational Geographic 2011. decemberi címlapNational Geographic 2012. januári címlapNational Geographic 2012. februári címlapNational Geographic 2012. márciusi címlapNational Geographic 2012. áprilisi címlapNational Geographic 2012. májusi címlapNational Geographic 2012. júniusi címlapNational Geographic 2012. júliusi címlapNational Geographic 2012. augusztusi címlapNational Geographic 2012. szeptemberi címlapNational Geographic 2012. októberi címlapNational Geographic 2012. novemberi címlapNational Geographic 2012. decemberi címlapNational Geographic 2013. januári címlapNational Geographic 2013. februári címlapNational Geographic 2013. márciusi címlapNational Geographic 2013. áprilisi címlapNational Geographic 2013. májusi címlapNational Geographic 2013. júniusi címlapNational Geographic 2013. júliusi címlapNational Geographic 2013. augusztusi címlapNational Geographic 2013. szeptemberi címlapNational Geographic 2013. októberi címlapNational Geographic 2013. novemberi címlapNational Geographic 2013. decemberi címlapNational Geographic 2014. januári címlapNational Geographic 2014. februári címlapNational Geographic 2014. márciusi címlapNational Geographic 2014. áprilisi címlapNational Geographic 2014. májusi címlapNational Geographic 2014. júniusi címlapNational Geographic 2014. júliusi címlapNational Geographic 2014. augusztusi címlapNational Geographic 2014. szeptemberi címlapNational Geographic 2014. októberi címlapNational Geographic 2014. novemberi címlapNational Geographic 2014. decemberi címlapNational Geographic 2015. januári címlapNational Geographic 2015. februári címlapNational Geographic 2015. márciusi címlapNational Geographic 2015. áprilisi címlapNational Geographic 2015. májusi címlapNational Geographic 2015. júniusi címlapNational Geographic 2015. júliusi címlapNational Geographic 2015. augusztusi címlapNational Geographic 2015. szeptemberi címlapNational Geographic 2015. októberi címlapNational Geographic 2015. novemberi címlapNational Geographic 2015. decemberi címlapNational Geographic 2016. januári címlapNational Geographic 2016. februári címlapNational Geographic 2016. márciusi címlapNational Geographic 2016. áprilisi címlapNational Geographic 2016. májusi címlapNational Geographic 2016. júniusi címlapNational Geographic 2016. júliusi címlapNational Geographic 2016. augusztusi címlapNational Geographic 2016. szeptemberi címlapNational Geographic 2016. októberi címlapNational Geographic 2016. novemberi címlapNational Geographic 2016. decemberi címlapNational Geographic 2017. januári címlapNational Geographic 2017. februári címlapNational Geographic 2017. márciusi címlapNational Geographic 2017. áprilisi címlapNational Geographic 2017. májusi címlapNational Geographic 2017. júniusi címlapNational Geographic 2017. júliusi címlapNational Geographic 2017. augusztusi címlapNational Geographic 2017. szeptemberi címlapNational Geographic 2017. októberi címlapNational Geographic 2017. novemberi címlapNational Geographic 2017. decemberi címlapNational Geographic 2018. januári címlapNational Geographic 2018. februári címlapNational Geographic 2018. márciusi címlapNational Geographic 2018. áprilisi címlapNational Geographic 2018. májusi címlapNational Geographic 2018. júniusi címlapNational Geographic 2018. júliusi címlapNational Geographic 2018. augusztusi címlapNational Geographic 2018. szeptemberi címlapNational Geographic 2018. októberi címlapNational Geographic 2018. novemberi címlapNational Geographic 2018. decemberi címlapNational Geographic 2019. januári címlapNational Geographic 2019. februári címlapNational Geographic 2019. márciusi címlapNational Geographic 2019. áprilisi címlapNational Geographic 2019. májusi címlapNational Geographic 2019. júniusi címlapNational Geographic 2019. júliusi címlapNational Geographic 2019. augusztusi címlapNational Geographic 2019. szeptemberi címlapNational Geographic 2019. októberi címlapNational Geographic 2019. novemberi címlapNational Geographic 2019. decemberi címlapNational Geographic 2020. januári címlapNational Geographic 2020. februári címlapNational Geographic 2020. márciusi címlapNational Geographic 2020. áprilisi címlapNational Geographic 2020. májusi címlapNational Geographic 2020. júniusi címlapNational Geographic 2020. júliusi címlapNational Geographic 2020. augusztusi címlapNational Geographic 2020. szeptemberi címlap

Hírlevél feliratkozás

Kérjük, erősítsd meg a feliratkozásod az e-mailben kapott linkre kattintva!

Kövess minket