Kada je 1991. godine otkrivena „molekula stoljeća“, naime pronađena nova alotropska modifikacija ugljika – buckminsterfulleren (C₆₀), vijest o tome došla je i do gornjeg doma britanskog parlamenta. Nakon kratkog objašnjenja o čemu se radi  –  „Moji lordovi, mislim da ona (molekula) ima oblik nogometne lopte“ – uslijedilo je i pitanje primjene: „Misli se da bi mogla imati više upotreba: za baterije, kao mazivo i kao poluvodič. No to su sve nagađanja. Može na kraju ispasti da uopće neće imati primjenu“.

Doista, kako je netko od znanstvenika, a kamoli nestručnjaka u domu lordova mogao išta znati o budućnosti buckminsterfullerena, a još manje o budućnosti nebrojnih drugih alotropskih modifikacija ugljika koji su poslije njega otkrivene, upravo zahvaljujući njemu, buckminsterfullerenu? No možda sam se tu zaletio, kad sam spomenuo „nove alotropske modifikacije ugljika“. Gledajući čisto kemijski, ugljik može graditi prostorne mreže (kao u dijamantu), dvodimenzijske mreže (kao u grafitu) i jednodimenzijske lance (kao u poliinima ili poliacetilenima). Sve drugo su varijacije; varijacija je i sâm buckminsterfulleren: njegova molekula nije ništa drugo nego grafitna mreža svinuta u oblik nogometne lopte.

Kako bilo da bilo, otkriće „molekule nalik na nogometnu loptu“ dovelo je do revolucije i to ne samo u kemiji. Ugljik je pokazao sva svoja lica, pa i ono koja ga pokazuje kao konstrukcijski materijal, iako taj kemijski element, u obliku ugljena, čovjek poznaje još od otkrića vatre.

I evo novog čuda od ugljika iz kemijskog laboratorija. Čudo je djelo dvadesetorice (!) znanstvenika iz Kanade, Koreje, Njemačke i Sjedinjenih Država koji su napisali  znanstveni rad „Ultrahigh specific strength by Bayesian optimization of carbon nanolattices“ što je objavljen ove godine u časopisu Advanced Materials. Što su napravili?

Najjednostavnije rečeno, napravili su ugljičnu ciglu sa šupljinama od stotinjak nanometara. Za njezinu konstrukciju služili su se algoritmom MBO (multy-objective Bayesian optimization), što ga arhitekti koriste za mnogo veće objekte. Za izradu sićušnih ciglica poslužili su se posebnom vrstom (laserskog) 3D-printinga, koji je zrakom valne duljine 780 nm izazvao polimerizaciju PGMEA (acetata metilnog etera propandiola). Tako dobivena polimerna matrica potom je izvrgnuta pirolizi pri temperaturi od 900 ^oC pri čemu je od polimera nastao gotovo čisti ugljik (grafit), staklaste (amorfne) strukture. Pri tome se veličina kockice pet puta smanjila. Veličina? U ciglici od 14,3 mm³ materijala nalazi se 18,75 milijuna ćelija. Zahvaljujući optimalizaciji oblika, već spomenutim algoritom MBO, autori rečenog znanstvenog rada uspjeli su dobiti četiri materijala sa strukturom plošno centrirane kocke (cubic-face centered cubic, CFCC) i četiri materijala sa strukturom volumno centrirane kocke (cubic-body centered cubic, CBCC). Svi su materijali pokazivali izvrsna mehanička svojstva, uz vrlo malu gustoću.

Najveća je specifična čvrstoća postignuta kod ciglice CFCC MBO-3 (2,03 MPa m³ kg^-1), koja je unatoč tome bila pet puta lakša od vode (ρ = 180 kg m^-3). Unatoč gustoći stiropora (ρ = 125 – 215 kg m^-3), CFCC MBO-3 se može po kompresijskoj čvrstoći (300 MPa) mjeriti s najboljim, ugljikovim čelicima (180 – 360 MPa), približavajući se teoretskoj granici za ugljik (struktura dijamanta). Po žilavosti, čija je mjera Youngov modul, ti su materijali najbliži mekom drvu (2,0 – 3,5 GPa).

Kada sve to nabrojimo, možemo bez imalo krzmanja reći: bolji materijal teško da se može i zamisliti. Uz sve drugo, prednost mu je da se sastoji od čistog ugljika, pa bi njegova najšira upotreba u tehnici dovela i do smanjenja globalnog zatopljenja, jer bi suvišni ugljik iz atmosfere prešao u zrakoplove (lakše i teže od zraka), automobile i brodove. Sve bi to bilo lijepo da nije jednog ali... Za izradu rečene kockice volumena 14,3 mm³ laserski printer mora raditi dva dana. Proces se vjerojatno može ubrzati, ali ipak...

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je oko 3000 znanstveno-popularnih članaka te 16 znanstveno-popularnih knjiga; posljednja je "Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti".