szukaj
Jak poprawić dzieło Stwórcy
Zabawki Hefajstosa
z profesorem Maciejem Grabskim, materiałoznawcą, rozmawia Sławomir Mizerski
Kiedyś stal była tajemnicą
Phanatic/Flickr CC by SA

Kiedyś stal była tajemnicą

Sławomir Mizerski: – Dlaczego nie docenia się roli materiałów?

Maciej Grabski: – To ma być może swój początek w tradycji starogreckiej. Przypomnę, że Hefajstos, bóg, który zajmował się materiałami, stanowił wśród pięknych mieszkańców Olimpu wyjątek, będąc brzydkim i do tego kulawym. Jego wygląd pouczał, że zajmowanie się materiałem jest czymś niegodnym wielkiego umysłu. Tak było aż do połowy XIX w., kiedy nagle okazało się, że problem materiałów stanowi podstawę dalszego rozwoju cywilizacji.

 

Wcześniej nie zdawano sobie z tego sprawy?

Nie było takiej potrzeby. Człowiek patrzył na materiał wyłącznie poprzez wyrób – garnki, zbroje, miecze, budowle. Ponieważ różnorodność materiałów była niewielka, nie było tematu. Ale gdy pojawiła się cywilizacja techniczna – z potrzebą rozwoju komunikacji, budownictwa i wydajnych źródeł energii – okazało się, że nie ma tego wszystkiego z czego zrobić. Owszem, mieliśmy stal, ale dawne metody produkcji były tak nieefektywne i drogie, że nie dawało się jej masowo wykorzystywać. Dopiero wynalazki Siemensa, Martena i innych sprawiły, że stal zaczęto wyrabiać w wielkich ilościach i tanio. Dzięki stali rozwinął się kapitalizm w XIX w.

 

Stal była pierwszym materiałem wytwarzanym przemysłowo?

Owszem. Jednak początkowo nie wiedziano, jak ją zrobić, żeby uzyskać materiał o powtarzalnych właściwościach. Czasami udawało się wykonać przypadkiem nadzwyczajny miecz, który dzięki swojej wytrzymałości stawał się obiektem legendy, jak Excalibur, ale nie było wiadomo, dlaczego to się udało i nie potrafiono wyniku powtórzyć.

 

Stal była tajemnicą?

To była sfera prawie magiczna. Istniała fantastyczna podówczas stal damasceńska, ale wiemy, że były szable damasceńskie dobre i gorsze. Niedawno okazało się, że najlepsze wykonywano ze stali wytapianej z rudy żelaza pochodzącej z pewnych złóż w Indiach, które zawierały domieszkę molibdenu. Dzięki temu ta stal stawała się niezwykle odporna na kruche pękanie, stąd jej sława. Wtedy o roli molibdenu nie miano pojęcia, dziś prawie każda stal konstrukcyjna zawiera ten pierwiastek. Bardzo długo nie wiedziano nawet, że stal jest stopem żelaza z węglem. Odkryto to w 1799 r., gdy stopiono tygielek z czystego żelaza, w którym umieszczono diament (tzn. krystaliczną odmianę węgla).

 

Stopniowo materiał stawał się coraz bardziej przezroczysty dla ludzkiego umysłu. Po kolei odkrywaliśmy jego tajemnice.

Na początku były to tajemnice dotyczące składu chemicznego. Coś dosypywano, żeby osiągnąć lepszy efekt, zupełnie jak podczas gotowania lub pieczenia. Grano kompozycją składu. Ale szybko okazało się, że to jest tylko część problemu, bo jest jeszcze coś, co w materiale jest najważniejsze – jego mikrostruktura. Budowa wewnętrzna materiału, którą trzeba rozpatrywać na poziomie atomowym. W mikrostrukturze, którą możemy regulować, tkwi tajemnica jego właściwości. Ale ujawniła się dopiero wtedy, gdy po raz pierwszy zastosowano metody mikroskopowe, a następnie promienie rentgenowskie, a więc na przełomie XIX i XX w.

 

 

W krainie polimerów Czy wszystko jest materiałem?

Oczywiście świat jest materialny, składa się z materii. Ale materiał to coś innego. To takie ciało stałe, które dzięki swoim właściwościom jest użyteczne dla ludzi, bo może być wykorzystywane do wytwarzania narzędzi. Możliwość wykonywania narzędzi ma szczególne znaczenie. Epoki w historii cywilizacji nazywamy przecież od materiałów, z jakich wytwarzane były stanowiące ich podstawę narzędzia. Była epoka kamienia łupanego, brązu, żelaza, stali. Teraz, w związku z technologiami elektronicznymi, mówi się o epoce krzemu. Tylko że krzem to jest taki materiał, który nie służy już człowiekowi do wytwarzania narzędzi wzmacniających siłę jego rąk, lecz siłę jego rozumu. To istotny przełom, dzieje się tak po raz pierwszy w historii.

 

 

Wszystkie wyżej wymienione materiały w swoim czasie stanowiły podstawę rozwoju cywilizacji.

Przejście od epoki brązu do epoki żelaza było zmianą dramatyczną. Z brązu nie można było wykonywać narzędzi rolniczych, bo był za drogi. Dopiero wprowadzenie żelaza umożliwiło rozwój rolnictwa, władanie ziemią. Ponieważ w dawnych kulturach Ameryki Południowej nie było narzędzi żelaznych i żelaznego oręża, tamtejsze społeczności nie były w stanie wyżywić się i stanowiły łatwy obiekt podboju.

 

Czy materiały wytwarzane przez człowieka da się jakoś usystematyzować?

Są trzy podstawowe grupy materiałów: metale, polimery oraz ceramika; różnią się głównie rodzajem występujących w nich wiązań między atomami.

 

Najwcześniej człowiek wytworzył metal?

Nie, ceramikę. Nastąpiło to sześć tysięcy lat temu, gdy ktoś bystry zaobserwował, że jeśli miękką glinę podda się działaniu żaru, staje się ona twarda jak kamień i trwała. Natomiast pierwsze metale, np. miedź czy złoto, po prostu znajdowano jako samorodne grudki i robiono z nich ozdoby. Dopiero produkcja brązów (3,5 tys. lat p.n.e.), a przede wszystkim żelaza (1,4 tys. lat p.n.e.) wymagała opanowania procesu wytapiania metalu z rudy.

 

Polimery, czyli tworzywa sztuczne, to rewolucja, która wybuchła w XX w.

Polimery, nazywane plastikami lub tworzywami sztucznymi, masowo pojawiły się dopiero po II wojnie światowej. To są związki organiczne oparte na węglu, związki elastyczne, łatwe do formowania, ale zazwyczaj nieodporne na podwyższone temperatury. Już przed wojną zastosowanie znalazły bakelit, celuloid i wulkanizowana guma. Z pierwszych tworzyw sztucznych robiono piórniki, galanterię, nylony, rzeczy nie najważniejsze, aż w końcu nauczono się wytwarzać zaawansowane rodzaje tworzyw, które stopniowo zmieniły nasze otoczenie: kuchnię, dom. Nowoczesny ekran komputera to także struktura wykonana z polimerów. Możemy wytwarzać z nich nieprawdopodobne kombinacje.

 

Synonimem nowoczesnego materiału stały też się kompozyty. Czym one są?

Realizują potrzebę łączenia różnych materiałów tak, by przezwyciężyć niedostatki tego z nich, którego inne właściwości są nam szczególnie potrzebne. Główna idea polega na wykorzystaniu szczególnych właściwości mechanicznych cienkich włókien, które jednak są wiotkie, dlatego usztywnia się je za pomocą zazwyczaj polimerowej osnowy. Rozwój następował na drodze wprowadzania coraz lepszych włókien. Na początku używano włókien szklanych, potem kewlarowych, węglowych, boronowych. Powstaje coś, co jest jednocześnie sprężyste, wytrzymałe i lekkie.

 

 

Najpierw jest pomysł, dla zrealizowania którego wymyśla się odpowiedni materiał, czy odwrotnie – powstaje ciekawy materiał, dla którego szuka się zastosowania?

Często dominuje presja na stworzenie materiału, a właściwie określonego zestawu właściwości. Kiedy stal pojawiła się na wielką skalę, powstał problem: jak tę stal obrabiać, skrawać, ciąć? Obróbka była bardzo mozolna, droga, bo nie było dostatecznie twardego materiału do wykonania narzędzi.

 

I co wymyślono?

Opracowano stale znacznie twardsze od tych, które trzeba było ciąć. Najpierw wymyślono w 1871 r. stale wysokowęglowe, potem tzw. stale szybko tnące, które otworzyły Fordowi drogę do uruchomienia produkcji masowej. Stale te potrafiły skrawać z dużą szybkością, bo nie ulegały stępieniu nawet po rozgrzaniu do czerwoności.

 

Ale przecież tę najtwardszą stal, służącą do obróbki innych supertwardych, też trzeba jakoś obrobić?

Dlatego najtwardsze narzędzia służące do obrabiania są wytwarzane z materiałów ceramicznych o twardości zbliżonej do twardości diamentu. Z tym że te ceramiki wytwarza się w zupełnie inny sposób. Najpierw powstaje substancja chemiczna w postaci proszku, potem stosuje się skomplikowane technologie, aby uformować żądany kształt, a następnie w bardzo wysokich temperaturach przeprowadzić scalenie materiału. Tak uformowana tnąca kształtka nie podlega dalszej obróbce, bo ze względu na jej twardość i tak nie dałoby się tego zrobić.

 

Wynalezienie jednego materiału może otworzyć zupełnie nowe pola do działania?

Przemysł chemiczny mógł się rozwinąć tylko dlatego, że w czasie I wojny światowej wynaleziono stal nierdzewną. Dopóki jej nie było, nie dawało się zbudować instalacji do produkcji kwasu azotowego i innych żrących substancji, gdyż kwas wszystko żarł. Gdyby nie wynaleziono metody wytwarzania drutu z proszku wolframowego, Edisonowi nie udałoby się zrobić żarówki. Od dłuższego czasu wiedziano także, że telekomunikacja oparta na kablach miedzianych jest kłopotliwa. Dla poprawienia jakości i przepustowości transmisji trzeba było elektrony zastąpić nośnikiem, który umożliwia większą szybkość transmisji, a więc światłem. Podstawę dla takiej technologii stanowiła technologia laserowa. Ale potrzebny był nośnik światła, pojawiło się więc zapotrzebowanie na takie szkło, które byłoby o kilka rzędów wielkości bardziej przezroczyste niż to, którym dysponowano. I opracowano szkło, które umożliwia transmisję światła na odległość setek kilometrów bez konieczności wzmacniania impulsu.

 

Podbój kosmosu też oparto na specjalnych materiałach?

Odegrały decydującą rolę. Pierwszy problem wiązał się z dyszami silników rakietowych. Z rakietami na początku nie było problemu, dopóki ich silniki pracowały kilkanaście sekund. Przy dłuższej pracy stopy metalowe nie wytrzymywały temperatur panujących w silniku. Potrzebne były materiały odporniejsze. Paradoksalnie okazało się, że takim materiałem jest węgiel, a właściwie grafit, którego temperatura topienia była sporo wyższa niż temperatury panujące w silniku. Zbudowano więc komory i dysze z kompozytów z włókien węglowych w osnowie grafitowej, bardzo lekkie i wytrzymałe. Tylko jak w tym węglu spalać paliwo, aby on sam się nie spalił? Wystarczyło użyć tzw. płomienia redukującego i gazów spalinowych, które nie zawierają wolnego tlenu.

 

Jeszcze większe wyzwanie stanowiła budowa promu kosmicznego, który mógłby wracać na Ziemię. Stało się to możliwe dzięki opracowaniu materiału ochraniającego pojazd przed olbrzymią temperaturą wywołaną tarciem w gęstych warstwach atmosfery w czasie powrotu na Ziemię. Powstało coś, co nie wiadomo, czy jest jeszcze materiałem, czy raczej już konstrukcją – bardzo lekkie płytki wykonane z włókien krzemu, pokryte czteroborkiem krzemu, które szybciej oddają ciepło, niż je absorbują. Taką rozgrzaną do czerwoności płytkę po wyjęciu z pieca można chwycić w dłoń, bo jej powierzchnia jest zimna.

 

Wojsko zmienia szyk Na jakim poziomie budowy materii jest ulokowana wiedza inżyniera materiałoznawcy?

Strukturę materii możemy rozpatrywać na kilku poziomach. Najniżej jest poziom cząstek elementarnych, następnie jądra atomowego, atomu i molekuły. Wyżej jest faza, mikrostruktura, a wreszcie element konstrukcji. My interesujemy się materiałem właśnie na poziomie budowy fazowej, charakteryzującej skład chemiczny materiału i sposób, w jaki atomy są uporządkowane, tworząc sieć krystaliczną, oraz na poziomie mikrostruktury, opisującej przestrzenne rozmieszczenie faz i występujące w nich odstępstwa.

Wszystkie materiały mają budowę krystaliczną?

W zasadzie tak, chociaż są wyjątki. Kryształ to jest uporządkowana struktura atomów. Można to porównać do wojska, które stoi w równym szyku. Każdy pierwiastek ma własny układ, właściwy sobie szyk. Możemy go badać, mierzyć, ale także modyfikować. Możemy też doprowadzić do tego, że niektórzy żołnierze w szyku będą inni od pozostałych. Metale są kryształami, jak diament. Tylko że diament jest monokryształem, jego atomy są jednakowo uporządkowane w całej jego objętości, dlatego jest tak przezroczysty i piękny. Ale materiały metaliczne najczęściej są polikryształami, aglomeracją bardzo drobnych kryształków, czasami wielkości dziesiątych części mikrona, rozmaicie zorientowanych w przestrzeni, które są w różny sposób zdefektowane. To jest właśnie mikrostruktura, którą również możemy modyfikować.

 

Defekty stanowią jej istotę?

Tak. Regulując mikrostrukturę, jej sposób zdefektowania, możemy kompletnie zmieniać właściwości mechaniczne materiału. Możemy rozmaite defekty generować, wprowadzać je do materiału. Jeśli weźmiemy do ręki drut miedziany i zaczynamy go zginać, to co się dzieje?

 

Łamie się.

Ale jeśli pan to zrobi delikatnie, zobaczy pan, że każde kolejne zgięcie będzie coraz trudniejsze. Podczas zginania w sieci krystalicznej tworzą się i przemieszczają pewne defekty, jedna część kryształu przesuwa się względem innej. To powoduje, że drut w czasie odkształcania nagrzewa się. Zginając ten drut, dokonuje pan straszliwej masakry. To, co się wtedy dzieje w tej sieci krystalicznej, przechodzi ludzkie pojęcie. Trudno uwierzyć, ale w sumie przemieszczają się tam tysiące kilometrów malutkich defekcików, za każdym zgięciem coraz więcej i więcej. I one zaczynają sobie przeszkadzać, w końcu jest ich tak dużo, że nie mogą się dalej przemieszczać. I drut musi pęknąć.

 

Ponieważ ja rujnuję jego strukturę?

Dokładnie. Ona ciągle istnieje, z tym że coraz bardziej popsuta. W pewnym momencie jest już tak popsuta, że bardziej jej popsuć nie można.

 

Okropne. Okropne. I my to możemy obserwować, mamy dzisiaj do tego niezwykle subtelne narzędzia, takie jak na przykład mikroskopy elektronowe. Za ich pomocą śledzimy mikrostrukturę, badamy ją, patrzymy, jak ona wpływa na zachowanie materiału.

 

 

„Titanic” pęka jak szklanka Czego człowiek wymaga od dobrego materiału? O jakie jego właściwości najbardziej nam chodzi?

 Najważniejsze zawsze były właściwości mechaniczne powodujące, że materiał jest zdolny do przenoszenia obciążeń. Im większa wytrzymałość, sztywność, tym mniej materiału trzeba zużyć do budowy konstrukcji. Dlaczego braciom Wright udało się sto lat temu dokonać pierwszego lotu maszyną cięższą od powietrza? Bo zbudowali lekki silnik spalinowy o dużej mocy, którego blok był wykonany z aluminium. Stosunek ciężaru ich maszyny do siły nośnej był taki, że konstrukcja poleciała. Bardzo istotna jest także odporność materiału na zmęczenie. Metale mają fatalną przypadłość. Jeśli poddawane są cyklicznym obciążeniom, nawet bez odkształcania, po pewnym czasie nagle pękają.

 

 

Tu też dochodzi do ataku na ich mikrostrukturę?

Tak. I to jest straszna rzecz. Konstruktorzy najbardziej boją się tzw. kruchego pęknięcia, czyli pęknięcia, które nie zostaje poprzedzone odkształceniem. Ono zawsze powoduje katastrofy. Sławna jest sprawa „Titanica”. Dla fachowców od dawna było oczywiste, dlaczego zatonął. Nie dlatego, że rozdarła go góra lodowa, tylko dlatego, że był wykonany ze stali zawierającej stosunkowo dużo zanieczyszczeń, z czego wtedy nie zdawano sobie sprawy. Obecność pewnych zanieczyszczeń w stali powoduje, że jeśli ją przeniesiemy do niższych temperatur, to w pewnym momencie może gwałtownie stać się krucha tak, że pod wpływem udaru pęka. „Titanic” płynąc w zimnym oceanie uderzył o górę lodową i jego kadłub pękł jak szklanka. Dzisiaj na szczęście wiemy już, co robić, żeby ten próg kruchości stali wyeliminować.

 

Co jest ważne oprócz właściwości mechanicznych?

Dzisiaj najważniejsze są materiały funkcjonalne: magnetyczne, optoelektroniczne, elektroniczne lub te do bezpośredniej konwersji energii. Te materiały nie tylko stanowią część urządzenia, ale same wykonują w tym urządzeniu określone zadanie. Choćby materiał magnetyczny, bez którego nie byłoby telefonów komórkowych. Jest on ważny przede wszystkim dlatego, że dzięki swoim właściwościom umożliwia pracę np. głośnika czy mikrofonu. Albo kryształ laserowy, który odpowiednio pobudzony będzie wysyłał wiązkę spójnego światła. Własności mechaniczne tego kryształu pozostają wtórne wobec subtelnych właściwości fizycznych, które on musi posiadać.

 

Jakich materiałów obecnie specjaliści najintensywniej poszukują?

Dziś niezastąpiony jest krzem, on pcha do przodu elektronikę, przemysł komputerowy, na jego podstawie buduje się procesory, półprzewodniki. Ale jest problem: jak pan ma mocny procesor, to należy go intensywnie chłodzić, bo podczas pracy mocno się nagrzewa. I jeśli przekroczy temperaturę 70–80 st. Celsjusza, jego właściwości szybko giną i nie ma już procesora. Bardzo chcielibyśmy uzyskać takie materiały półprzewodnikowe, które pracowałyby w wyższych temperaturach, a przez to byłyby wydajniejsze.

 

Jak to zrobić?

Na przykład zastępując krzem diamentem. To trudna droga, ale pracuje się nad tym. Inny poszukiwany materiał wiąże się z techniką światłowodową. To wspaniała technologia, problem w tym, że aby sterować układem światłowodowym, powinniśmy mieć coś analogicznego do tranzystora używanego w tradycyjnej telekomunikacji. Trzeba by wymyślić kryształ, który spełniałby tę samą rolę co krzemowy tranzystor w układach prądowych. Byłby to taki tranzystor na światło. Takie kryształy już opracowano, to kryształy liniowe. Niestety, jeszcze daleko do momentu, gdy da się z nich wykonać urządzenie do wykorzystania komercyjnego. Jego powstanie popchnie do przodu techniki oparte na światłowodach. Już wiadomo, że cała ta dziedzina będzie się nazywała fotonika. Tylko jeszcze wciąż nie mamy „tego czegoś”, co ją umożliwi.

 

 

Mówi dziad do kryształu Jakie są najważniejsze bariery, które będą musiały pokonać nowe materiały?

Bardzo ważną barierą jest temperatura. Nie potrafimy przekroczyć pewnych temperatur, bo nie mamy materiałów, które mogłyby w nich pracować przez ekonomicznie uzasadniony czas. To szczególnie ważny problem w silnikach i urządzeniach energetycznych. Mówi się o fuzji jądrowej, umożliwiającej kontrolowane otrzymywanie energii termojądrowej. W grę wchodzą temperatury rzędu milionów stopni, a proces trzeba prowadzić w urządzeniu zamkniętym, który te temperatury musi wytrzymać bez szwanku. Tego problemu nie rozwiąże się przy pomocy samego materiału, trzeba więc poszukiwać innych dróg, np. separując obszar wysokiej temperatury od materiału.

 

 

A twardość, wytrzymałość? Czy nie potrzebujemy już materiałów wytrzymalszych od tych, które wymyślono do tej pory?

Oczywiście warto jest mieć materiały sztywniejsze, bo robilibyśmy np. lepsze samoloty. Ale w sprawie sztywności, elastyczności materiałów doszliśmy do pewnego przyzwoitego punktu i wydaje się, że to nie jest zbyt wielka przeszkoda dla rozwoju techniki. Samoloty latają nie najgorzej, ostatnio pokazywano samolot napędzany światłem słonecznym, który może lecieć bez końca.

 

Mówił pan, że bardzo poszukiwane są materiały spełniające konkretne funkcje.

Dzięki coraz bardziej wymyślnym, sprytnym materiałom funkcjonalnym osiąga się największą przewagę na rynku, czyli największy zysk. Ogromny postęp dokonany został w ostatnich latach w zakresie materiałów do konwersji energii słonecznej na elektryczną, ale ta energia wciąż jest zbyt droga. Albo trochę fantazji: żeby dzisiaj głos przekształcić na impuls elektryczny, a później świetlny, aby to poszło światłowodem w świat, musi pan mieć mikrofon i system przetworników, a więc dosyć skomplikowane urządzenie. Dobrze byłoby więc mieć kryształek o odpowiedniej strukturze, który by sam to robił. Z jednej strony by się mówiło, a on z drugiej strony dawałby impuls świetlny.

 

Więc zróbmy go.

Diabeł tkwi w technologii, w tym, jak taki materiał wykonać i to dostatecznie tanio, aby mógł znaleźć się na rynku? A technologie przy nowoczesnych, zaawansowanych materiałach są bardzo trudne, dotyczą czasem pojedynczych warstw atomów. Jeśli pan robi mikroprocesor czy specjalny układ laserowy, to pan buduje warstwy grubości dwóch atomów. Albo rozkłada na powierzchni pojedyncze atomy według jakiegoś wzoru. Tu mamy do czynienia z materiałami i technologiami niezwykle zaawansowanymi.

 

Wchodzimy z techniką w obszar, który znajduje się poza opisem fizyki klasycznej i wymaga stosowania pojęć fizyki kwantowej.

Ten obszar nazywany jest nanotechnologią, mamy bowiem do czynienia z manipulowaniem obiektami o rozmiarach atomu czy cząsteczki. To zupełnie nowa przestrzeń technologiczna, o niezbyt dobrze jeszcze rozpoznanych możliwościach. Okazało się, że w materiałach, w których mikrostrukturę zmodyfikowano tak, że składa się ona z kryształków już nie o mikrometrowych, ale nanometrowych (0,000000001m) wymiarach, a więc zbudowanych z kilkunastu czy kilkudziesięciu atomów, pojawiają się całkiem nowe, nieoczekiwane właściwości. Na przykład można otrzymać materiał, który jest zarówno twardy jak i odporny na kruche pękanie, a więc kombinacja do tej pory nieosiągalna.

 

Co nam dała do tej pory nanotechnologia?

Największe sukcesy odniosła w obszarze mikroelektroniki. Dzięki zmniejszaniu skali układów powstał szereg zaawansowanych urządzeń jak na przykład nowe typy laserów półprzewodnikowych czy urządzenia oparte na zjawisku tzw. gigantycznego magnetooporu, dzięki którym można zbudować nowego typu elementy pamięci komputerowej. Jeśli uda się opanować technologię ich wytwarzania, być może niedługo zaczniemy obywać się bez twardych dysków. Otwierają się niezwykłe możliwości również i w innych obszarach. U podstaw nanotechnologii leży idea molekularnego „układacza”, za pomocą którego można by łączyć ze sobą w kontrolowany sposób atomy czy cząsteczki, jedną po drugiej, aż do zbudowania w ten sposób makroskopowej struktury.

 

To pomysł z pogranicza science fiction?

Nie z pogranicza, ale z samego środka. Takiego „układacza” nikt bowiem jeszcze nie zbudował i nie wiadomo, czy zbuduje. Ale gdyby powstał, otworzyłaby się zupełnie nowa jakość w podejściu do materiału.

 

 

Materiał na człowieka Wiedza o materiałach osiągnęła niebywale subtelny poziom. Czy w tej sytuacji natura może jeszcze inspirować materiałoznawców?

Człowiek od dawna próbuje naśladować przyrodę. Dzisiaj ten obszar nauk materiałowych nazywamy biomimetyką. Niektóre materiały w przyrodzie mają fantastyczne właściwości i chcielibyśmy nadać je także produkowanym przez nas materiałom.

 

 

Drewno jest wspaniałym materiałem, który można by naśladować.

Drewno to jest w zasadzie kompozyt.

 

Udało się już wyprodukować materiały kompozytowe przewyższające właściwościami drewno?

Już tak. Z tym że wszystkie one nie mają jednej ważnej cechy drewna – nie rosną, a więc nie są materiałem, który sam się odnawia. Ale postęp jest. Jestem wędkarzem i łowiłem wędkami bambusowymi, potem wędkami z włókna szklanego. Teraz łowię wędką z włókna węglowego, tak lekką, że nie czuje się jej w dłoni. To jest narzędzie bliskie doskonałości. No, chyba że ktoś wymyśli wędkę, której w ogóle nie będzie, wędkę uruchamianą myślą. Powiem sobie, że ma być okoń, i ten okoń się pojawi.

 

Niezłe, ale już słyszę protesty prawdziwych wędkarzy.

Robi się dziś żyłki wędkarskie, które naśladują swoją strukturą pajęczynę. Włókno z naturalnego polimeru wytwarzane przez pająka to jedno z najbardziej wytrzymałych, jakie znamy. Proszę także zobaczyć, jaką niezwykłą rzeczą jest trzcina: cieniusieńka, lekka, a ma niesłychane właściwości mechaniczne. Takie źdźbło sobie stoi, prawie nic nie waży, a mimo to nie pęka. Chcemy naśladować takie materiały. Kompozyty są w pewnym sensie naśladownictwem źdźbła trzciny. Naturę podpatruje się także, szukając nowoczesnych materiałów biodegradowalnych. Można by z nich na przykład robić opakowania, które z czasem same by się rozkładały. Jak pan zje cukierek i wyrzuci papierek, to ten papierek po jakimś czasie po prostu zniknie w ziemi. Skórka od banana jest tu niedościgłym wzorem. To wspaniałe opakowanie – szczelne, estetyczne i na dodatek w pełni biodegradowalne.

 

Może trzeba by się tej skórce przyjrzeć i zrobić coś na jej podobieństwo?

Próbuje się, ale to nie jest prosta droga, trzeba by być trochę Panem Bogiem. Już potrafimy zrobić tworzywa sztuczne, które rozkładają się pod wpływem promieniowania słonecznego. Z tym że nie są one jeszcze stosowane masowo.

 

Wiele mówi się o biomateriałach. Co to takiego?

To materiały wykorzystywane w medycynie, m.in. służące, mówiąc obrazowo, do wykonywania części zamiennych do człowieka. Potrafimy już robić materiały, które z człowiekiem współpracują. Przykładem jest syntetyczna skóra – podkład umożliwiający odtworzenie naturalnej skóry na oparzelinach. To zupełnie nowa dziedzina, ulokowana na granicy między biologią, medycyną i naukami materiałowymi.

 

Właściwości mechaniczne takich materiałów muszą być bardzo skomplikowane?

Niespecjalnie. Główny problem stanowi ich oddziaływanie z żywą tkanką, ich adaptacja w organizmie, który broni się przed obcymi ciałami. Trzeba sobie odpowiedzieć na pytanie, czy taki element ma się zrosnąć z tkanką, czy ma się na nim odbudować kość, czy też już zawsze będzie on materiałem obcym.

 

Dałoby się dziś zrobić człowieka, przynajmniej w znaczących fragmentach, z materiałów lepszych niż te, których użyła natura lub jak kto woli – Bóg?

Niestety, bardzo trudno jest go zrobić lepiej.

 

Ale próbować można?

Można próbować naśladować przyrodę, jednak bardzo trudno będzie ją poprawić.  

 
Prof. Maciej Władysław Grabski od 1959 r. zawodowo związany jest z Politechniką Warszawską. Od 1991 r. członek korespondent PAN. Autor ponad 70 prac naukowych z dziedziny inżynierii materiałowej. Prezes Fundacji na rzecz Nauki Polskiej od 1992 r. Po godzinach zapalony majsterkowicz, własnoręcznie montuje i przerabia wysokiej jakości komputery. Służą mu one do pracy, a także do zabawy (pan profesor prowadzi na nich wyrafinowane gry strategiczne). Słucha także sporo muzyki, a jego ulubieni kompozytorzy to Mahler i Wagner.

 

 

Czytaj także

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj