Vědcům se podařilo vyrobit elektřinu z diamantu. Mohla by se uplatnit v lékařství

Nic takového ještě vyrobeno nebylo a ani to není ve vývoji. Vědci ale poprvé dokázali, že by to bylo možné. A nakročili k budoucnosti, která by mohla přinést malý převrat ve zdravotnictví. A nejen tam.

Netušená vlastnost diamantu

Více než sto let vědci předpokládali, že diamanty nejsou piezoelektrické. Tento termín označuje materiály, které při mechanickém namáhání generují elektrický náboj. Logika byla prostá – diamanty přece nelze natahovat, stlačovat ani jinak deformovat. Tým výzkumníků z Hongkongské univerzity si ale položil otázku: Co když to platí jen pro klasické objemné diamanty?

Pokud by existoval způsob, jak z diamantu vytvořit dostatečně tenkou membránu, mohla by situace vypadat úplně jinak. A právě tato myšlenka se stala klíčovým momentem celého výzkumu.

Membrána tenčí než lidský vlas odhalila tajemství

Výzkumníci museli nejprve vyřešit technickou výzvu, jak vůbec takovou membránu vyrobit. Využili pokročilou technologii, která funguje podobně jako 3D tiskárna na atomární úrovni. Mikrovlny přeměňují reaktivní plazma na tenké vrstvy, které se ukládají atom po atomu na křemíkový substrát.

Následoval delikátní proces. Diamantovou membránu museli opatrně oddělit pomocí speciální lepicí pásky. Výsledek? Membrána široká pět centimetrů a tlustá pouhý jeden mikrometr – asi stokrát tenčí než lidský vlas.

A pak přišel okamžik pravdy. Když vědci začali membránu ohýbat, přístroje zaznamenaly elektrický výstup. Po vyloučení všech možných vnějších vlivů bylo jasné – diamant skutečně dokáže generovat elektřinu.

Proč to funguje jen u membrány

Klasický drahokam v prstenu by elektřinu nevyrobil nikdy. Klíč k celému jevu leží v mikroskopické struktuře membrány. Ta je polykrystalická – skládá se z mnoha drobných krystalických zrn. Na hranicích mezi těmito zrny vznikají asymetrické nepravidelnosti, které při ohnutí membrány vytvářejí polarizaci elektrického náboje.

„Piezoelektrický jev závisí na tloušťce membrány, přičemž nejvýraznější odezva nastává u membrán o tloušťce ~5 μm,“ uvádějí vědci.

Miniaturní generátor budoucnosti

Výsledky překonaly očekávání. Piezoelektrický koeficient napětí dosáhl hodnoty přibližně 82,2 mV·m/N, což je víc než u řady běžně používaných piezoelektrických materiálů, například titaničitanu barnatého. A co víc – membrána zvládla více než 7 000 cyklů ohýbání bez jakéhokoli poklesu výkonu.

Diamant je navíc netoxický a chemicky stabilní. To z něj činí ideálního kandidáta pro výše zmíněné lékařské implantáty, které by mohly napájet samy sebe pohybem těla. Energetický průmysl by zase mohl využít diamantové membrány v miniaturních zařízeních, kde je potřeba spolehlivý a odolný zdroj energie.

Materiál, který lidstvo obdivuje tisíce let pro svou krásu, tak nyní ukazuje, že si zaslouží respekt i z úplně jiných důvodů.