Usměrňování nanovláken

Vítězství mého projektu „Usměrňování nanovláken“ na mezinárodní soutěži I‑SWEEEP v americkém Houstonu změnilo na počátku května letošního roku běh mého doposud klidného života. Z Houstonu jsem si odvezl zlatou medaili a navíc i cenu Grand Award za nejlepší projekt v kategorii Engineering.

Jak se nám nanovlákna uložila

Náplní mého projektu bylo vyhodnocení úspěšnosti usměrnění nanovláken vyrobených metodou tzv. elektrostatického zvlákňování; ta využívá vysokého napětí k produkci vláken z polymerních roztoků. Tímto způsobem vznikají nejlépe náhodně uložená nanovlákna. Jejich usměrnění jsem testoval pomocí rotujících válečků. Vzorky nanovláken jsem získal za určitých podmínek – nastavení konstantní vzdálenosti elektrod, určitého napětí a změřením vlhkosti vzduchu a teploty a dalších parametrů. Vzorky jsem analyzoval pomocí snímků z elektronového mikroskopu a určil, jak dobře se vlákna zorientovala do jednoho směru.

První pokus jsem provedl s rotujícím válečkem pokrytým hliníkovou fólií` úspěšnost usměrnění dosáhla hodnoty 64 %. To znamená, že 64 % vláken se zorientovalo v intervalu 90° ± 10°. Nejlepšího výsledku – 94% úspěšnosti ve stejném úhlovém intervalu – jsem však dosáhl na rotujícím drátěném válečku. Vzhledem k mnoha proměnným veličinám, které proces zvlákňování ovlivňují, lze 100% výsledku dosáhnout jen velmi těžko.

Proč to všechno

Cílem mého projektu je najít nejvhodnější metodu vedoucí k usměrnění nanovláken a tím pomoci vyvinout přístroj schopný průmyslově produkovat orientovaná nanovlákna se zmíněnou stoprocentní úspěšností.

Urovnáním nanovláken do jednoho směru se zlepší jejich vlastnosti. Jde především o to, aby měla vyšší odolnost proti tahu v daném směru a také aby získala pravidelnou strukturu oproti náhodně uloženým vláknům. Takovýto materiál by bylo možné využít k výrobě spolehlivých filtrů schopných vyčistit vzduch nebo vodu od všech bakterií i virů. Na nanovlákna s usměrněnou stavbou čekají také lékaři, kteří by je mohli aplikovat při výrobě umělých chrupavek i jiných tkání nebo by jimi nahrazovali například spálenou kůži. Možností dalších využití je celá řada a vyjmenovat všechna by vydalo na další článek. Pravdou však zůstává, že i když se obor nanotechnologií intenzivně rozvíjí, většina problémů se zatím řeší v laboratořích na experimentální úrovni a na praktické aplikace v běžném životě se teprve čeká.

Moje cesta za tématem

Mnozí se mě ptají, jak jsem se k tomuto tématu dostal. Na začátku školního roku 2010 začala moje spolupráce s firmou Contipro z Dolní Dobrouče. Hledala studenty z okolních škol, které by vzdělávala a tím „vypěstovala“ nové vědecké pracovníky. Díky našim učitelům z Letohradského soukromého gymnázia, kteří mě do Contiprovského vzdělávacího projektu doslova „prorvali“, se mi podařilo dostat se již v mých 15 letech pod křídla výzkumného týmu pro výzkum a vývoj přístrojů. Zde mě pak přivedli k problematice výroby nanovláken.

Spolupráci s firmou jsem pak plně využil k tvorbě svého projektu. Za zhruba 3 měsíce od začátku soutěže Expo Science Amavet, kdy proběhlo první tj. okresní kolo, se mi život převrátil naruby. V krajském kole mě vyhlásili absolutním vítězem s právem obhájit můj projekt na mezinárodní soutěži I‑SWEEEP. Díky asociaci pro mládež, vědu a techniku AMAVET, která pořádá tuto vědeckou soutěž v české Republice a také hradí drtivou většinu nákladů na cestu do Spojených států, jsem se poprvé podíval do světa a poprvé letěl letadlem.

Mám své plány…

Po výhře v Americe, kde mi dokonce nabídli stipendium na univerzitě v Houstonu, se mi doslova otevřela brána do světa. Svému vzdělávaní a výzkumu v oblasti nanovláken se chci dále věnovat. Firma Contipro představuje velmi blízké a špičkově vybavené výzkumné centrum, které by člověk v mém venkovském prostředí jen těžko hledal. Navíc se příští rok ještě jednou podívám s „Usměrňováním nanovláken“ do USA, tentokrát na nejprestižnější soutěž mladých vědců na světě Intel ISEF 2012, jejíž účast jsem vyhrál v národním kole soutěže Expo Science Amavet. Do budoucna plánuji ještě další projekty, se kterými bych chtěl opět „dobýt“ Ameriku. Myslím, že je stále co vylepšovat.

Když se ohlédnu za úspěchy českých studentů na soutěži I‑SWEEEP a Intel ISEF 2011, vidím, že české hlavy dokáží konkurovat těm nejlepším projektům z celého světa.