Pozor! Používáte zastaralý prohlížeč, stránka se nemusí zobrazovat správně. Aktualizujte jej a zlepšete tak svůj uživatelský zážitek.

Matfyz.cz

Mezi námi: Jára Cimrman prohlásil, že budoucnost patří aluminiu. Není to spíš tak, že budoucnost patří magnéziu?

prof. RNDr. Zuzanka Trojanová, DrSc.: foto: Svoboda

Respondentkou čtrnáctého dílu ankety Mezi námi je prof. Zuzanka Trojanová. Otázku z oboru fyziky ji v minulém díle položil doc. Zdeněk Drozd.


Jára Cimrman prohlásil, že budoucnost patří aluminiu. Není to spíš tak, že budoucnost patří magnéziu?

Když jsem začínala svou kariéru na fakultě, dostala jsem se na bývalé katedře fyziky pevných látek do pracovní skupiny, která se zabývala hexagonálními kovy – zinkem, kadmiem a později i hořčíkem (magnéziem). Studovali jsme mechanické a fyzikální vlastnosti těchto kovů a jejich slitin. V té době se hlavní pozornost věnovala kovům kubickým plošně centrovaným (hliník, měď) a kubickým prostorově centrovaným (železo). Hořčík byl považován za absolutně neužitečný kov, který může, vzhledem k tomu, že má téměř ideální osový poměr, sloužit snad jako modelový kov. Od této doby se situace zcela změnila. Pokud bychom sledovali četnost použití kovů pro průmyslové aplikace, na prvním místě se v současné době nachází železo, na druhém hliník a na třetím hořčík. Hořčík je aktuálně před mědí, zinkem, niklem, wolframem a dalšími průmyslovými kovy. Ze skupiny tzv. lehkých kovů, kam vedle hořčíku patří také hliník a titan, je zároveň nejlehčí. Potřeba snížit spotřebu paliv a omezit negativní dopady dopravy na krajinu vyvolává poptávku po nových hořčíkových slitinách, které by byly ekonomicky dostupné a měly dobré mechanické vlastnosti. Hořčíkové slitiny jsou dnes využívány v předmětech domácí potřeby, jako jsou šicí stroje, sportovní potřeby, ruční nástroje (řetězové pily), v elektronice (schránky na počítače, mobilní telefony), v optickém a automobilovém průmyslu, v letecké dopravě či v kosmických technologiích.

Důsledkem nízké hustoty hořčíkových slitin je jejich vysoká specifická pevnost (poměr mezi pevností a hustotou) při pokojové teplotě. Deformační teplota a rychlost deformace ovlivňují mechanické vlastnosti, které jsou za zvýšených teplot zhoršené. Také creepové vlastnosti a odolnost proti korozi se zvyšující teplotou klesají. Tento fakt omezuje použití hořčíkových slitin v inženýrských aplikacích určených pro vyšší teploty. Zmíněné nevýhody mohou být překonány změnou chemického složení, zjemněním zrna polykrystalického materiálu, resp. přidáním zpevňující fáze (keramických, resp. uhlíkových vláken či částic) a přípravou kompozitního materiálu. Také použití různých výrobních technologií dovoluje připravit materiály s různou mikrostrukturou. Slitiny se stejným složením, připravené různými postupy, mají různé mechanické vlastnosti a často i různou velikost zrna.

Velká chemická aktivita hořčíku může být využita pro biomedicínské aplikace hořčíkových slitin. Koronární stenty, které se používají pro zpevnění stěn arterií, se v současné době vyrábějí z polymerů nebo z korozi odolných slitin (nerezavějící oceli, nitinolu, nebo slitin kobaltu a chromu), které po zavedení již zůstávají v organizmu, přestože by jejich působnost mohla být omezena jen na 6–12 měsíců. Stenty z hořčíkových slitin by mohly kontrolovaně korodovat a po určité době z organizmu vymizet. Další možností pro použití biodegradabilní hořčíkové slitiny je ortopedie. Ročně dochází k mnoha úrazům končetin a únavovým zlomeninám spojeným s vyšším věkem. Počet operací v průmyslových zemích každoročně stoupá. Mnohé z nich jsou komplikované a vyžadují chirurgické řešení za pomoci kovových destiček, šroubů nebo implantátů. Tyto kovové díly jsou v následných reoperacích vyjímány. Pokud by byly vyrobeny z hořčíkových slitin, mohlo by docházet k jejich postupné korozi a prorůstání do kosti tak, že po určité době by kovová opora zmizela a reoperace by nebyla nutná.

Hořčík není kovem nikterak vzácným, je hojně obsažen v zemské kůře. Dalším zdrojem hořčíku jsou oceány i suchozemská slaná jezera, jako je Mrtvé moře na hranici mezi Izraelem a Jordánskem nebo Velké Solné jezero v americkém Utahu. Zásoby hořčíku jsou považovány za nevyčerpatelné. Výrobní náklady jsou o něco vyšší než v případě hliníku, ale tuto nevýhodu vyvažuje velmi dobrá recyklovatelnost hořčíkových slitin.

Tedy skutečně se dá říci, že pokud nalezneme způsob, jak zlepšit mechanické, vysokoteplotní a korozní vlastnosti, stanou se hořčík a jeho slitiny materiály budoucnosti. V biomedicínské aplikaci mohou přinést významné ekonomické efekty a zlepšit kvalitu života.


prof. RNDr. Zuzanka Trojanová, DrSc.

Katedra fyziky materiálů, Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlova v Praze


Otázka na docenta Františka Chmelíka: Jak poslouchat, co vypravují krystaly? > Odpověď



Další díly ankety:

Mezi námi: Jak vzniká dobrý učitel fyziky?
Mezi námi: Co pohání kontinenty na Zemi? A čím je Venuše jiná?
Mezi námi: Jak pozná teoretický fyzik, zda výsledky jeho bádání jsou správné?
Mezi námi: V čem spočívá vědecká excelence MFF UK v matematice?
Mezi námi: Z čeho pramení výborná atmosféra ve vašem týmu doktorandů, postdoktorandů a mladých kolegů?
Mezi námi: Existuje podle Vašeho názoru období (nebo více období) v naší historii, které byste označil jako „zlatá doba české matematiky“ a proč?
Mezi námi: Co je to pravděpodobnost v přirozeném světě, co je to pravděpodobnost ve světě matematiky a jak spolu souvisejí?
Mezi námi: Matematici matematiku objevují, anebo tvoří?
Mezi námi: Existuje něco jako buňky na matematiku?
Mezi námi: Vysoká škola versus Akademie věd – které prostředí je pěstování vědy příznivěji nakloněno?
Mezi námi: Jsou matematika a hudba dvě strany jedné mince?
Mezi námi: Kolik kilogramů Matfyzu létá ve vesmíru?
Mezi námi: Kdo je pro mě matfyzák?

Další obrázky
comments powered by Disqus

Matfyz.cz

Univerzita Karlova
Matematicko-fyzikální fakulta
Ke Karlovu 3
121 16  Praha 2
IČ: 00216208
DIČ: CZ00216208
web fakulty
studuj na Matfyzu
e-shop