MOKSLASplius.lt

Vis platesnis superjonikų pasaulis (2)

Būtent protoniniuose superjonikuose dažniausiai vartojamas Grothuso ir „traukinuko“ pernašos modeliai. Kitose sistemose labiau tinka Frenkelio ir Šotkio modeliai. Kartais išvis neminimas nė vienas iš tų keturių modelių, bet tiesiog apibūdinama kaip jonų pernaša (arba transportas) ir tuo pasitenkinama.


Pradėjome šį pašnekesį nuo to, kad seniai pamiršti dalykai atgimsta dabartyje, tad neatsitiktinai prisiminėme ir Grothusą. Prieš 200 metų atliktų tyrinėjimų išvados, pasirodo, ir dabar pritaikomos.


Taip ir yra, būtent Grothuso ir „traukinuko“ jonų pernašos modeliai labiausiai tinka protoniniuose superjonikuose. Jie vadinami vandenilio superjonikais.


Nanojonikos efektai

O kaip nanojonikoje? Ar ten yra visiškai nauji efektai, kurie pasireiškia tik nano dydžių pasaulyje ir visiškai neįmanomi įprastoje tradicinėje jonikoje?


Makrojonikoje neįmanomi efektai, kurie būdingi nanojonikai. Neįmanomi dėl visai kitų sąlygų, kurios susidaro nanodariniuose. Jų santykinis paviršiaus plotas, palyginti su makrotūriu, yra nepaprastai didelis. Praėjusį kartą kalbėjome, kad naudojant superjonikus – apie 10 cm aukščio ir 5 centų monetos skersmens cilindriuką – pavyko gauti 2 tūkst. F (faradų) elektrinės supertalpos įtaisus.

Pamėginkime įsivaizduoti, kaip kuriami tokie jonistoriai, kurių talpos neįtikėtinai didelės. Tarkime imamas sidabro superjoniko strypelis. Vienas jo elektrodas sudarytas iš sidabro, o kitas – iš porėtos ir labai smulkios medžiagos, t. y. nanoporų. Jos padengiamos nanokristaline anglimi, kuri taip pat sudaryta iš nanodalelių. Toks maždaug dviejų centų monetos skersmens cilindriukas pasižymi labai dideliu paviršiumi – maždaug 5 m2 dydžio. Formuodami jonistorių, t. y. labai didelę talpą, prijungiame prie elektrodų elektros lauką. Sidabro katijonai, turintys teigiamą elektros krūvį, pajuda katodo link. Porėtosios anglies aplinkoje mažėja sidabro katijonų, vadinasi, susidaro jų nepriteklius, t. y. vakansijos. Jų ženklas priešingas negu katijonų – taigi turime neigiamą elementarųjį krūvį. O prie anglies elektrodo – pliusas. Tokiu atveju susidaro elektrinė talpa. Jos dydis priklausys nuo atstumo d tarp pliuso ir minuso, kuris lygus tarpatominiam atstumui. Visą gautos talpos dydį sudarys santykinės dielektrinės skvarbos sandauga iš vakuumo dielektrinės konstantos, šios sandaugos rezultatą padauginus iš jonistoriaus paviršiaus ploto ir padalijus iš atstumo tarp elektrodų.


Jonistoriai kardiochirurgijoje


Sakėte, kad vos prieš trejus metus pradėtas vartoti nanojonikos terminas, tačiau jonistoriai juk daromi ir naudojami jau daug metų.

Iki 5–10 F talpos jonistoriai buvo kuriami mikrojonikos pagrindu. Bet 2 tūkst. F talpos jonistorius pavyko sukurti tik pasinaudojant nanostruktūrose pasireiškiančiais efektais. Maždaug prieš metus japonai paskelbė, kad jiems pavyko sukurti būtent tokį jonistorių.


Kur tokios elektros talpos reikalingos, jeigu visas mūsų Žemės rutulys teturi apie 0,7 F dydžio talpą?


Turint tokias supertalpas galime sukaupti labai didelį elektros krūvį ir turėti labai galingus energijos šaltinius. Jeigu nebus srovės nuotėkio, tokius sukauptos energijos kondensatorius galima bus naudoti labai ilgai (o superjonikuose savaiminio nuotėkio srovė labai maža, kadangi elektroninio laidumo sando vertė palyginti su jų joninio laidumo sando verte yra nedidelė).


Kur, pavyzdžiui, šiandien tokie jonistoriai naudojami? Žinoma, mintyje turiu ne rekordinės talpos jonistorius, bet jau spėjusius tapti įprastais.


Kardiochirurgai širdies stimuliavimui dabar dažniausiai naudoja būtent jonistorius. Šiuose nedideliuose įtaisėliuose sukaupta didelė energija, jie gali veikti dešimt metų. Tokiems jonistoriams puslaidininkinių medžiagų nepanaudosi. Įsiūtas į žmogaus organizmą jonistorius pacientui nesudaro didesnių nepatogumų. Seniau dėl širdies aritmijos ligoniai būdavo „pririšti“ prie maitinimo šaltinio – akumuliatoriaus po kaklu, o dabar kompaktiški jonistoriai labai palengvino tokių žmonių gyvenimą. Zondai iš jonistoriaus eina tiesiai prie širdies, ir toks pacientas gyvena normalų gyvenimą.


Tokia perspektyvi, tikriausiai ir jaunimui patraukli fizikos mokslo ir praktinių taikymų sritis… Jai buvo skirta jau 8-oji tarptautinė konferencija, malonu, kad šį kartą Vilniuje, bet ar savo galimybes panaudojate taip, kaip galėtumėte? Mano įspūdis gal paviršutiniškas, bet kartais atrodo, kad Jūs, gerbiamasis profesoriau, murdotės, stengiatės, bet neatrodo, kad kažkam daugiau to reikėtų.


Ir dar ne visada gauname Lietuvos valstybinio mokslo ir studijų fondo paramą.


Fondas remiasi ekspertų išvadomis ir pasiūlymais.


Nežinau, kas būna tie ekspertai, bet man atrodo, kad tai mūsų tyrimų kryptyje labai menkai nuvokiantys asmenys. Savo srityje gal jie ir dideli autoritetai. Jeigu jie ateitų į mūsų konferencijas, pasiklausytų… Mielai pakviesčiau ir į mūsų laboratoriją, parodytume savo darbus, tada savo išvadose arogantiškai nerašytų, kad mūsų tyrinėjimai Lietuvai nėra aktualūs. Už elektroninių ir joniniu laidininkų technologiją, tyrimus ir jų taikymą buvo paskirta Lietuvos mokslo premija.

Man keistai atrodo, kai ne tos krypties atstovai, tegul ir ekspertai, daro išvadas apie tai, ko nenusimano. Bent jau pasidomėtų, tada ir jų išvados būtų gal kitokios. Dabar toks „ekspertas“, neradęs mūsų pasiūlymuose gramatinių klaidų, visas laboratorijos pastangas nubraukia vienu žodžiu – neaktualu.


Tada kyla klausimas, ar Lietuvoje išvis įmanoma daryti gerą mokslą?


Galima daryti. Net ir iš mūsų laboratorijos išėjo daug mokslo daktarų, jie reiškiasi įvairiose srityse, nes susirado geriau apmokamus darbus, labiau vertinamus. Antai Rimantas Vaitkus, IBM Lietuva generalinis direktorius, anksčiau dirbo mūsų laboratorijoje, iš mūsų išvyko į Japoniją, ten daug metų dirbo ir dabar pagal išgales mums padeda.


Gal bus kibta į superjoninio akumuliatoriaus kūrimą

Nepaisant to, kad kol kas mūsų šalies ekspertai Jūsų krypties mokslui nėra itin palankūs, ką galite pasakyti apie superjonikos mokslo ateitį Lietuvoje.


Dabar sėkmingai bendradarbiaujame su latviais, tiksliau su Latvijos technikos universiteto Neorganinės chemijos institutu. Mes užsakome medžiagas, o latviai jas mums sintezuoja. Keramikas gaminame Lietuvoje, taip pat Kietojo kūno jonikos laboratorijoje, kuriai man tenka vadovauti kaip moksliniam vadovui. Beje, mes vykdome dvi tarptautines sutartis. Viena iš jų – Žiliberas – sudaryta su Prancūzija, kita – su Ukraina. Abi minėtos sutartys skiriamos ličio ir vario superjonikų paieškai, jų gamybos technologinių sąlygų bei fizikinių savybių tyrimams. Mes palaikome glaudžius ryšius su Šveicarijos Aukštosios technikos mokyklos superjoninių keramikų gamybos ir tyrimų centru. Publikuojame bendrus mokslinius darbus. Minėtas centras – vienas žymiausių tokio pobūdžio mokslinių centrų pasaulyje.

Nuo 2008 m. sausio 1 d. prasideda ES 7-oji bendroji programa. Jai pateikėme savo temą. Projekte pasiryžo dalyvauti 16 mokslinių grupių iš įvairių Europos Sąjungos valstybių. Darbą koordinuotų prancūzai. Esame vieninteliai dalyviai iš Baltijos valstybių. Jeigu laimėtume konkursą, pavyktų tapti šio projekto dalyviais, tai Vilniuje imtumėmės solidžių darbų. Viso projekto vertė – 3 mln. eurų.


Kokią konkrečią užduotį tektų atlikti?


Tai būtų superjoninių medžiagų paieška ir kūrimas kietakūnių akumuliatorių elektrodams ir patiems akumuliatoriams. Pagal mūsų programą, kuri tęstųsi trejus metus, turėtų būti sukurtas ir pagamintas naujo tipo superjoninis akumuliatorius.


Tačiau projekte dalyvauja tik moksliniai kolektyvai, bet ne gamybiniai?


Šiuo atveju būtų sprendžiama mokslinė, o ne gamybinė problema.


O jei projektas nelaimės konkurso?


Net jei ir nepavyktų laimėti šio projekto finansavimo, toliau tęstume dabar dirbamus darbus. Ieškome naujų medžiagų su kietakūniams akumuliatoriams reikalingomis savybėmis. Daugiausia dirbame su ličio superjonikais ir deguonies vakansijų superjonikais. Siekiame sukurti tokias superjonines kuro gardeles, kurias būtų galima pritaikyti praktiniams tikslams t. y. ekologiškai švarioje energetikoje. Deguonies ir CO2 dujų jutiklius jau esame sukūrę. Galime pateikti gamybos technologiją, o gamybininkams lieka tik susidomėti.


O gamybininkai gali būti iš visų ES šalių?


Nėra jokių kliūčių šios gamybos imtis ir Lietuvos įmonėms. Mums būtų dar parankiau.


To ir palinkėsime. Ačiū už įspūdingą pasakojimą.


Kalbėjosi Gediminas Zemlickas



Nuotraukoje: Simpoziumo organizatoriai ir dalyviai: Vilniaus universiteto profesoriai Jonas Grigas ir Antanas Feliksas Orliukas, Kauno technologijos universiteto doc. Giedrius Laukaitis, Lietuvos energetikos instituto dr. Liudvikas Pranevičius ir Kauno technologijos universiteto Fizikos katedros vedėjas Julius Dudonis