Modrá dioda, superparamagnetika a ozonová vrstva Země, „předcyklování“ nahradí recyklování

Z 2 200 prací přednesených na jarním zasedání americké Společnosti pro výzkum materiálů (4.–8. 4.1994 v San Francisku) nám Science nabízí 3 informace.

Japonský fyzik Shuji Nakamura vyvinul u společnosti Nichia Chemical Industries modrou diodu. Jestliže tento výzkum povede až k modrému laseru, bude to přelom. Nicméně vývoj laseru může trvat léta, ale diody emitující světlo mají bezprostřední využití jako velmi účinný světelný zdroj. Jako zdroj světla je znám již asi 8 let laser používající selenid zinku. To je materiál se spoustou poruch a když na takovéto poruše anihiluje pár elektron–díra, dojde místo emise světla k uvolnění tepla, což je příčinou trvalého poškození materiálu. Nakamurovy diody emitující světlo jsou z nitridu gallia, což je materiál odolnější.

Metalurg Robert Shull z National Institute of Standards and Technology v Gaithesburgu (ve státě Maryland) mluvil o magnetických materiálech, které by v dlouhodobém výhledu mohly nahradit chemická chladiva ničící ozonovou vrstvu Země (CFC). Tyto materiály se skládají z atomů, jejichž elektrony vytvářejí kladný a záporný pól. Vnějším polem mohou být orientovány podobně, jako se orientuje magnetka v magnetickém poli Země. Když vnější pole uspořádá tyto „atomové magnety“ ve směru pole, teplota magnetického materiálu vzroste, neboť tento typ uspořádání vyžaduje energii a ta se změní v teplo. Jestliže odstraníme vnější pole, poklesne uspořádání i teplota materiálu. Problém s běžnými paramagnetickými materiály spočívá v tom, že vyžadují k uspořádání silná magnetická pole. Např. pro zkapalňování helia je zapotřebí používat drahých supravodivých magnetů, aby se dosáhlo poklesu teplot až na 4 stupně Kelvina. Před 5 lety přišel Shull se svými spolupracovníky na to, že seskupením magnetických atomů do shluků nanometrových rozměrů se dosáhne toho, že postačí pole mnohem slabší. Přišli rovněž na to, že směs železa a granátů gadolinia–gallia je velmi efektivní pro chlazení na 15 K. To je pro chladničku trochu divoká teplota. Pokud by se fyzikům podařilo (jak Shull doufá) zachovat tento mechanismus chlazení až do okolí bodu mrazu vody, mohly by jej využívat i obyčejné chladničky a přispět tak k obnovení ozonové vrstvy Země.

Chemik Robert Farrauto z Engelhard Corporation z Iselinu (ve státě New Jersey) popsal nový katalyzátor pro spalovací motory. Katalyzátor je založen na oxidu palladia, je stabilizovaný řadou sloučenin a deponovaný na tepelně odolné plástové struktuře. V motorech, které spalují benzin, přírodní plyn nebo další uhlovodíky, se tvoří oxidy dusíku, pokud teplota překročí 1 400 °C. V konvenčních motorech dosahuje teplota při spalování až 2 800 °C, v motorech užívajících tento katalyzátor dosahuje maximální teplota nejvýše 1 400 °C, takže koncentrace oxidů v motorech s popisovaným katalyzátorem dosahuje 2 ppm, zatímco u konvenčních motorů 200 ppm.

Např. v konvenčním turbinovém motoru je vstřikována směs paliva a vzduchu do spalovací komory, v motorech s katalyzátorem Engelhardovy společnosti je palivová směs napřed proháněna plástovou strukturou katalyzátoru, v níž se některé uhlovodíky štěpí na oxid uhličitý a vodu a uvolňuje se teplo, které předehřívá zbylý plyn až na 800 °C. Takto předehřátá směs se může vznítit i při nižší koncentraci paliva (dokonce až o 60 %). Právě tím je dosaženo nižší maximální teploty. Idea tohoto katalyzátoru byla patentována již v 70. letech, avšak do té doby, než byly přijaty nové federální předpisy o čistém ovzduší, byl chápán spíše jako teoretická možnost. I teď o používání katalyzátoru rozhodne spíše ekonomika než věda. „Může se zdát, že je drahé oxidy dusíku napřed vyrobit a pak je likvidovat, ale je to levnější než rekonstruovat továrny,“ říká odbornice na katalyzátory K. Taylor. „Co je drahé?“ by asi řekl Pilát.

Science 264, 510-511, 1994