Pasak JAV mokslininko, jau trejus metus dirbančio Nacionaliniame Japonijos medžiagų mokslo institute (NJMMI) Joelio Henzie, šiandien mokslininkai mokosi kontroliuoti ir panaudoti šviesą tokiais būdais, kurie iki šiol niekada nebuvo išmėginti. „Gali būti, kad po 20 metų nematomumo drabužiai bus ne tik filmų

– Kaip paaiškintumėte, kas yra medžiagų mokslas žmogui, pirmą kartą išgirdusiam šį pavadinimą?

– Lyginant su chemija ar biologija, kurios egzistuoja jau ne vieną amžių, medžiagų mokslas yra santykinai nauja disciplina, kilusi iš metalurgijos. Per šimtmečius žmonės išbandė įvairius metalus ir bandė išsiaiškinti, kaip padaryti juos stipresnius ar labiau laidžius. Medžiagų mokslas prasidėjo nuo bandymų suprasti funkcines medžiagas, tokias, kaip metalas, betonas ar stiklas, šiuolaikinėje visuomenėje. Visgi, šiandien medžiagų mokslo tyrėjų dėmesys nukreiptas į naujų medžiagų, pasižyminčių ypatingomis savybėmis, kūrimą.

Nortvesterno universitetas, esantis Ilinojaus valstijoje, kur įgijau mokslo daktaro laipsnį, buvo pirmoji aukštojo mokslo institucija pasaulyje, kurioje 1950-aisiais buvo įkurtas Medžiagų mokslo departamentas.

Šiandien medžiagų moksle, pasitelkiant chemiją, fiziką ir inžineriją, „iš apačios į viršų“ kuriamos įvairios medžiagos. Tai reiškia, kad mes bandome sukonstruoti medžiagą, pradedant nuo atominės sandaros iki įrenginių ir kitų objektų, kuriuos galima matyti plika akimi, o vėliau ir paliesti, sukūrimo.

– Kaip medžiagų mokslas gali būti pritaikomas versle?

– Aš nesu verslininkas, tačiau manau, kad pranašumas versle yra tų, kurie geba padaryti vieną ar kitą dalyką geriau ir mažesniais kaštais nei konkurentai.

Nors vienas iš medžiagų mokslo tikslų yra pagerinti esamas medžiagas, sumažinant jų gamybos kainas, bet tyrėjai taip pat intensyviai dirba, siekdami pagaminti visiškai naujas medžiagų rūšis, kurios leistų sukurti naujas pramonės šakas.

Geras to pavyzdys yra skaidulinės optikos kabeliai. Tam, kad būtų pagaminti šie mažyčiai stikliniai vamzdeliai, kurie galėtų perteikti optinę spinduliuotę (t.y. informaciją) po visą pasaulį, stiklo ir įvairių kitų medžiagų tyrimai užtruko šimtmečius. Be skaidulinės optikos nebūtų atsiradęs internetas ir nebūtų nei vienos interneto kompanijos, nes vario laidų pralaidumas tam buvo per mažas.

Verslininkai, norintys neatsilikti nuo naujausių ir pažangiausių technologijų bei siekiantys savo produktu ar paslauga palikti pastebimą žymę pasaulyje, turėtų domėtis medžiagų mokslu.

– Kokios naujos medžiagos buvo sukurtos per pastaruosius 10-20 metų?

– Turbūt viena „karščiausių“ medžiagų vis dar išlieka grafenas, sudarytas iš vieno atomo storio anglies plėvelių. Jis pasižymi labai neįprastomis elektrinėmis savybėmis, yra itin plonas ir labai stiprus. Šiandien grafenas naudojamas tranzistorių gamybai.

Kita vis dar „karšta“ medžiaga yra organinis perovskitas – kristalas, paprastai susidedantis iš švino, metilamino ir jodo mišinio.

Šiandien dauguma saulės baterijų yra pagamintos iš silicio – net ir saulės kolektoriai, kuriuos vis dažniau tenka pamatyti ant gyvenamųjų namų stogų. Siekiant sukurti 20 proc. efektyvumo silicio saulės elementus, moksliniai tyrimai tęsėsi 50-60 metų. Tokį patį rezultatą su perovskito saulės elementais pasiekti užtruko dešimt kartų trumpiau – apie 5 metus.

Tačiau, reikia pažymėti, kad visas procesas prasidėjo nuo pačio silicio sukūrimo. Mokslininkų žinios ir naudoti įrankiai, siekiant sukurti šią medžiagą, buvo kritiškai svarbūs organinių perovskitų atsiradimui.

– Kas išskiria NJMMI iš kitų panašaus profilio mokslo institucijų visame pasaulyje?

– NJMMI mokslininkai dirba su labai įvairiomis medžiagomis. Pavyzdžiui, kai kurie Instituto tyrėjai kuria naujas aukštos temperatūros superlaidžias medžiagas, praleidžiančias elektros energiją be pasipriešinimo. NJMMI taip pat turi stipriausią branduolinio magnetinio rezonanso (BMR) spektroskopą pasaulyje.

BMR veikimas yra panašus į magnetinio rezonanso tomografijos (MRT) technologiją, kuri naudojama neskaidriems organizmo dariniams atvaizduoti bei jų patologiniams pokyčiams nustatyti, pavyzdžiui – įvairiems augliams. Savo institute pasitelkiame BMR molekulių struktūros nustatymui.

Be to, Tarptautiniame medžiagų nanoarchitektonikos centre bandome kurti mano jau minėtas medžiagas iš „apačios į viršų“. Tam tikra prasme mūsų darbas, siekiant sukurti medžiagas ir prietaisus, prilygsta architekto darbui projektuojant pastatą.

– NJMMI atliekate mokslinius tyrimus, susijusius su nanokristalais. Ką bandote pasiekti?

– Kartu su mano tyrėjų grupe bandome sukurti įvairių formų nanokristalus bei sukonstruoti didesnes medžiagas, naudojant nanokristalus kaip „statybinius blokus“, tokiu būdu kontroliuojant jų formą ir dydį.

Viena iš pirminių mano idėjų šiems nanokristalams buvo panaudoti juos kaip biojutiklius. Anuomet JAV kariuomenė buvo suinteresuota vystyti jutiklį, kuris galėtų aptikti chemines medžiagas ir net tokias infekcines ligas kaip juodligė. Visgi, egzistuoja žymiai paprastesnių ir tradiciškesnių šių jutiklių panaudojimo būdų. Išmatavus ir aptikus tam tikrus baltymus kraujyje, panaudojimas galimas įvairiose medicinos srityse.

– Įvardinkite keletą savo karjeros tikslų.

– Jau apie 10 metų dirbu su metamedžiagomis – bandome sukurti metalo nanodaleles ir mažas struktūras, kurios galėtų kontroliuoti šviesą. Pavyzdžiui, šiandien mokslininkai gali sukurti naujų rūšių optinius lęšius, kurie yra tiesūs, o ne lenkti. Tai labai svarbu, nes išlenkti lęšiai turi nepageidaujamų savybių, kurios daro juos mažiau tikslius.

Žmogaus regimasis suvokimas priklauso nuo to, kaip sklindanti šviesa paliečia mūsų akis. Šviesa, „atsitrenkusi“ į paprastą medžiagą ją sugeria arba atspindi, tačiau vadinamoji metamedžiaga yra sukurta taip, kad ją pasiekusi šviesa, gali būti nukreipiama ir net formuojama.

Su metamedžiagomis dirbantys mokslininkai bando sukurti geresnes saulės baterijas ir įtaisus, kurie galėtų manipuliuoti šviesą, siekiant perduoti informaciją. Vienas iš neįprastų metamedžiagų pritaikymo būdų, susilaukiantis daug dėmesio, yra vadinamasis „maskavimo įtaisas“. Dalis mokslininkų siekia sukurti metamedžiagas, kurios galėtų nukreipti šviesą aplink objektą, kad šis taptų iš esmės nematomas. Ar ilgainiui turėsime nematomumo drabužius, kurie šiandien egzistuoja tik mokslinėje fantastikoje? Galbūt… kuriamos metamedžiagos rodo, kad tai gali būti įmanoma.