„My Lords, misli se da bi to moglo imati više upotreba; za baterije, kao mazivo ili kao poluvodič. No sve su to nagađanja. Može se na kraju dogoditi da ne bude dobro ni za što“. Tako je 10. kolovoza 1991. na sjednici članova Gornjega doma Britanskog parlamenta lord Reay prokomentirao otkriće buckminsterfullerena, C₆₀, molekule nalik na nogometnu loptu. Kažu da se karijera u znanosti ne može predvidjeti. Još se manje mogu predvidjeti putovi tehnološkog napretka, jer, evo, ni trideset godina nakon tog epohalnog otkrića imamo već čitavu novu kemiju, kemiju ugljika. Ne ugljikovih spojeva, organsku kemiju, nego baš kemiju ugljika – kemiju njegovih bezbrojnih alotropskih modifikacija. Jedna od tih modifikacija su i ugljikove nanocjevčice (carbon nanotubes, CNT), od kojih se mnogo očekuje. Očekuje se između ostalog i pletenje užeta tako čvrstog da bi se njime moglo uspeti čak do svemirskih visina, do geostacionarne putanje. No vratimo se mi na Zemlju.

Nedavno je, 14. rujna, na ovim mrežnim stranicama i u ovoj rubrici, osvanuo članak u kojem se kaže kako su znanstvenici iz američkog MIT-a „slučajno“ pronašli najcrnju tvar na svijetu. No kako su je pronašli, ili – točnije – kako su je pripremili?

Riječ je, da kažem najjednostavnije, o začađenoj metalnoj ploči. Stavite li komad bakrenog lima iznad svijeće na njemu će se stvoriti sloj čađe. Takve su se bakrene ploče rabile za izradu bakropisa, jer se potom crtalo iglom po sloju čađe prije nego što se ploča stavila na jetkanje u dušičnu kiselinu. Čađa je ugljik, no ugljik kao smjesa svih njegovih modifikacija, no (nažalost) ne i dijamanta.  No kako postići da na metalnoj foliji ili limu nastane samo jedna ugljikova modifikacija, ona nanocjevna (CNT)?

Nije toliko teško postići da na metalnoj podlozi izrastu nanocjevčice koliko je teško da izrastu baš na metalu. Metali se naime presvlače slojem oksida koji ih štiti od korozije, pa ga treba ukloniti prije nanošenja nanocjevnog sloja. No da ne duljim, opisat ću postupak kineskog znanstvenika sa Sveučilišta u Šangaju što ga je domislio sa svojim američkim kolegom s Massachusettskog tehnološkog instituta (MIT). Kehang Cui i Brian L. Wardle  iznašli su jednostavan postupak za nanošenje sloja CNT na aluminij i tako napravili najcrnju tvar. (Rezultate su objavili ove godine u rujanskom broju časopisa Američkog kemijskog društva ACS Applied Materials and Interfaces.)

Proces aktivacije površine (surface activation, SA)  počinje umakanjem aluminijske folije u slanu otopinu, naime 10 %-tnu otopinu NaCl. Nakon toga folija se ispire deioniziranom vodom, a potom alkoholom. Time se ne uklanja samo zaštitni oksidni sloj nego se nagriza i aluminij. No na čistoj aluminijskoj površini ne mogu izrasti ugljikove nanocjevćice bez katalizatora – nanočestica (NP) od željeza i kobalta.  Nanošenje katalizatora je pak krajnje jednostavno jer je dovoljno solju nagriženu te vodom i etanolom ispranu foliju uroniti u etanolnu otopinu željezova i kobaltova acetata. Riječ je o jednostavnoj kemijskoj (redoks) reakciji tih soli s aluminijem, sličnoj reakciji otopine modre galice sa željezom.

Na očišćenu i aktiviranu površinu potom se nanosi sloj nanocjevčica tako da se folija zagrije na 500 ^oC, a potom se preko nje pusti smjesa ugljikova dioksida i acetilena (etina). Oko svake katalitičke nanočestice počinje rasti 10 nanometara široka nanocjevčica – dok za 30 minuta ne izraste čak pola milimetra u visinu. (To bi u nekim našim mjerilima odgovaralo žici od milimetra dugačkoj 50 metara). „Šuma“ nanocjevčica (CNT forest) na površni aluminija ima izvanredna svojstva, koja proizlaze iz lakog provođenja elektrona i fotona, a to se opet dovodi u vezu s izravnim kontaktom atoma ugljika s atomima metala.

Kao što sam već rekao, riječ je o izvanredno crnom materijalu. Njegova je reflektancija desetak puta manja od reflektancije najcrnjih površina i dosiže 1·10^-5, što znači da će se odbiti tek svaki stotisućiti foton koji na nju padne. Ne manje je važno što reflektancija ne varira mnogo s valnom duljinom upadnog zračenja: površina je podjednako crna i za vidljivo, ultraljubičasto i infracrveno zračenje. Usto pokazuje izuzetno malen električni otpor, pa se primjena novog materijala vidi ne samo u teleskopima i solarnim grijačima (zbog crnoće) nego i u baterijama te superkondenzatorima i gorivnim ćelijama.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti pišući za časopise Prirodu (kojoj je sedam godina bio i glavni urednik), Čovjek i svemir, ABC tehnike, Smib, Modru lastu, a u posljednje vrijeme i za mrežne stranice Zg-magazin te, naravno, BUG online. Autor je i 13 znanstveno-popularnih knjiga od kojih je posljednju, „The Cookbook of Life – New Theories on the Origin of Life“ (izišlu 2018. godine), napisao na engleskom jeziku. Urednik je rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji, za koji piše i redovite komentare. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.