Οι άνθρωποι δημιουργούν στα εργαστήρια τη νέα «μητέρα φύση»

Επειτα από έρευνες είκοσι χρόνων, τα αγώγιμα και ημιαγώγιμα πολυμερή υλικά βγαίνουν από τα εργαστήρια στην παραγωγή. Είναι πλαστικά ικανά να εκπέμπουν φως. Χάρη σε αυτά, δημιουργούνται οθόνες όπου προβάλλονται όλα τα χρώματα σε υψηλό κοντράστ, με πολύ χαμηλό κόστος. Μια πρώτη εμπορική εφαρμογή είναι στις οθόνες της νέας γενιάς κινητών τηλεφώνων, που θα έχουν ταχύτητα ικανή να υποστηρίξει την προβολή ενός βίντεο. Περισσότερα στοιχεία στην ηλεκτρονική διεύθυνση: www.uniax.com

To oπλοστάσιο της τεχνολογίας, χάρη στο οποίο κατασκευάζονται σήμερα
αντικείμενα καθημερινής χρήσης (όπως οι υπολογιστές) ή ακόμη πιο πολύπλοκα
μηχανήματα (όπως οι τουρμπίνες των αεροπλάνων) κινδυνεύει να αδειάσει… Τα
υλικά που έχουν σήμερα στη διάθεσή τους οι ειδικοί, όσο εντυπωσιακά κι αν
είναι, στα επόμενα έξι με δέκα χρόνια θα εξαντλήσουν τις δυνατότητές τους.
Πρέπει να δημιουργηθούν νέα, ακόμη πιο «έξυπνα», και γι’ αυτό βιομηχανίες και
επιστημονικά εργαστήρια σε ολόκληρο τον κόσμο έχουν ήδη ξεκινήσει έναν αγώνα
δρόμου.

Κορυφαίοι πανεπιστημιακοί, φυσικοί, χημικοί, βιοτεχνολόγοι, βιολόγοι και
ειδικοί επιστήμονες σχεδιάζουν και δοκιμάζουν στα εργαστήριά τους τα νέα υλικά
που θα προσφέρουν τις πρώτες ύλες σε μια σειρά από επαναστάσεις: στην ιατρική,
τη βιολογία, τη νανοτεχνολογία, την πληροφορική… Ανάμεσά τους και Έλληνες
επιστήμονες, από το Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Κρήτης και Πάτρας, από τα εκεί
τμήματα Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών, οι οποίοι έχουν αναλάβει να…
προετοιμάζουν το ελληνικό έδαφος για την επανάσταση.

Τα εμφυτεύματα σιλικόνης που χρησιμοποιούνται, παραδοσιακά, στην ιατρική, πολύ δύσκολα αλλάζουν σχήμα από τη στιγμή που θα παγώσουν. Το καινούργιο υλικό PurSil (συνδυασμός σιλικόνης και πολυαιθερουρεθάνης) συνδυάζει τις βιοσυμβατικές ιδιότητες της σιλικόνης με το εύπλαστο θερμικό πλαστικό. Πληροφορίες στη διεύθυνση: www.polymertech.com

«Μπορούμε να έχουμε ηγετικό ρόλο στην εποχή των κβαντικών υλικών, η οποία
ξεκινά τώρα», τονίζει ο κ. Χρήστος Μασσαλάς, πρύτανης του Πανεπιστημίου
Ιωαννίνων και καθηγητής στο τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών και εξηγεί:
«Το καινούργιο αυτό επιστημονικό πεδίο δράσης, η δημιουργία νέων υλικών
στηρίζεται καθαρά στην παραγωγή και εκμετάλλευση της γνώσης κι όχι σε
δυσεύρετη βιομηχανική ή τεχνολογική υποδομή ή στην ύπαρξη πλούσιων φυσικών
πόρων. Τα νέα υλικά δεν υπάρχουν στη φύση. Δημιουργούνται στο εργαστήριο. Αυτό
σημαίνει πως η Ελλάδα μπορεί να συναγωνιστεί, με τις γνώσεις και το ανθρώπινο
δυναμικό της, πολλές ευρωπαϊκές χώρες ή ακόμη και τις ΗΠΑ». Η νέα εποχή, την
οποία περιγράφει ο κ. Μασσαλάς, μοιάζει πολύπλοκη, παράξενη, μαγική όσο και τα
δημιουργήματά της. Σ’ αυτόν τον νέο πολιτισμό των κβάντων, τα υλικά που
σχεδιάζονται δεν είναι μόνο τεχνητά. Η ιδιαιτερότητά τους δεν έγκειται στο ότι
δεν μπορεί κανείς να τα βρει στη φύση, αλλά στο ότι έχουν δημιουργηθεί
επιμελώς και μεθοδικά, άτομο προς άτομο! Όπως σημειώνει ο κ. Ευθύμιος Καξίρας,
καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Harvard, κορυφαίος ειδικός στην τεχνολογία των νέων
υλικών, ο οποίος πρόσφατα αποδέχθηκε την πρόταση να διδάξει στο Πανεπιστήμιο
Ιωαννίνων, «όλα ξεκινούν από τον Δημόκριτο. Εκείνος ήταν που για πρώτη φορά
διατύπωσε τη σκέψη πως η φύση είναι κβαντισμένη: αποτελείται δηλαδή από
μονάδες που δεν μπορούν να υποδιαιρεθούν, τα άτομα. Μετά 25 αιώνες, η σκέψη
αυτή του Δημόκριτου έγινε πράξη. Τα άτομα (τα κβάντα, όπως ονομάζονται
επιστημονικά) είναι πια οι βασικές μονάδες, τα πρωταρχικά στοιχεία της ύλης.
Και ο άνθρωπος μπορεί πια να χτίζει υλικά, αρχίζοντας από τα βασικά κβάντα της
δομής τους, δηλαδή από τα άτομα».

Ονομάζεται NBS και είναι μια επιφάνεια που δεν λυγίζει. Η επικάλυψή της από πολυμερές υδροφιλικό υλικό δεν επιτρέπει να κολλάνε ίχνη πρωτεϊνών, DNA ή συστατικών φαρμάκων και ναρκωτικών πάνω στα δοκιμαστικά γυαλάκια ή στους δοκιμαστικούς σωλήνες που χρησιμοποιούνται στα ειδικευμένα εργαστήρια. Πληροφορίες, στο site: www.corning.com

Αυτό σημαίνει πως κανείς δεν είναι πια υποχρεωμένος να περιμένει από τη φύση
να δημιουργήσει… διαμάντια, το πιο σκληρό υλικό που υπάρχει σήμερα. «Δεν
χρειάζεται πια να υποβάλλουμε τον άνθρακα σε τρομακτικές πιέσεις και
θερμοκρασίες», λέει ο κ. Καξίρας. «Έχουμε τη δυνατότητα να παράγουμε
σκληρότερα υλικά στο εργαστήριο, χτίζοντάς τα άτομο προς άτομο.

Με τη σειρά τους, τα καινούργια, εξαιρετικής σκληρότητας υλικά θα μπορέσουν
πολύ εύκολα να αντικαταστήσουν το πανάκριβο διαμάντι σε βιομηχανικές
εφαρμογές. Αυτή η εντυπωσιακή επανάσταση, αν και βρίσκεται ακόμη στην αρχή
της, έχει να προσφέρει δείγματα γραφής: Έχουν ήδη παρασκευασθεί στο εργαστήριο
τέτοια υλικά, τα οποία μάλιστα χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές υψηλής
τεχνολογίας, όπως, για παράδειγμα, στους μικροεπεξεργαστές ηλεκτρονικών υπολογιστών»

Με συγκεκριμένες εφαρμογές

Συνδυάζει το πολυπροπυλένιο με φυσικές ίνες φυτών συγγενικών με το βαμβάκι και δημιουργεί ένα ελαφρύ και εξαιρετικά ανθεκτικό υλικό, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κουφώματα για πόρτες και παράθυρα. Το νέο αυτό υλικό είναι 100% ανακυκλώσιμο. Περισσότερες πληροφορίες μπορείτε να βρείτε στην ηλεκτρονική διεύθυνση: www.kafus.com (οι φωτογραφίες παρουσιάζονται στο περιοδικό «Wired» ­ τεύχος 9/2001­, σε ειδικό αφιέρωμα για τη νέα γενιά υλικών)

Τα νέα υλικά (μικροσκοπικά όλα, σε διαστάσεις μερικών χιλιοστών) έκαναν για
πρώτη φορά την εμφάνισή τους μόλις στα τέλη του 20ού αιώνα, και ήταν εκείνα
που επέτρεψαν να γίνουν πράξη μεγάλα επιστημονικά οράματα. Το πιο
χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελούν ημιαγωγοί και μονωτές, όπως το πυρίτιο και
διοξείδιο του πυριτίου, οι οποίοι άνοιξαν τον δρόμο για τη μεγάλη έκρηξη στην
πληροφορική και στις τηλεπικοινωνίες. Ήταν το πρώτο, μεγάλο, βήμα.

Ακολούθησαν πολλά ακόμη. Ο κ. Ευθύμιος Καξίρας, καθηγητής Τεχνολογίας Νέων
Υλικών στο Χάρβαρντ και στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, αναφέρει μερικά, που
δίνουν την εικόνα: «Τα φωτοβολταϊκά υλικά για την παραγωγή ενέργειας από την
ηλιακή ακτινοβολία και τα υπεραγώγιμα υλικά για την οικονομική μεταφορά της
ηλεκτρικής ενέργειας, είναι δύο παραδείγματα όπου οι πρόσφατες έρευνες στο
επίπεδο των κβάντων (ατόμων) έχουν κάνει τεράστια πρόοδο».

Είναι κάτι σαν οργανικό μέταλλο, το οποίο αναστέλλει τη διαδικασία της διάβρωσης. Η επικάλυψη πολυανιλίνης δέχεται τα ηλεκτρόνια του μετάλλου και τα απελευθερώνει στην ατμόσφαιρα, δημιουργώντας ένα στρώμα οξείδωσης, το οποίο σταματά τη φθορά του μετάλλου. Περισσότερα στοιχεία, στη διεύθυνση: www.ormecon.de

Η επιστήμη, ωστόσο, είναι περισσότερο απαιτητική από ποτέ. Τα ερωτήματα που
πρέπει να απαντηθούν είναι πολλά και προς αυτή την κατεύθυνση στοχεύει η
συγκεκριμένη έρευνα. Όπως εξηγεί ο κ. Καξίρας, «πρόκληση για τη δική μας
επιστήμη αποτελούν τα υλικά που θα χρησιμοποιούνται σε ιατρικές – βιολογικές
εφαρμογές, για παράδειγμα, στα τεχνητά μέλη. Θέλουμε να δημιουργήσουμε ένα
υλικό, το οποίο να μπορεί να λειτουργεί ως υπόστρωμα για την ανάπτυξη νέων
ιστών και να μην αποβάλλεται από τον οργανισμό. Ένας άλλος πολύ σημαντικός
στόχος είναι τα υλικά που θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ειδικά φάρμακα.
Χάρη στα νέα κβαντικά υλικά, μπορούμε να σχεδιάσουμε φάρμακα, τα οποία θα
στοχεύουν σε συγκεκριμένα προβληματικά κύτταρα ή συγκεκριμένες παθογόνες
πρωτεΐνες χωρίς να βλάπτουν τον ανθρώπινο οργανισμό, χωρίς να προσβάλλουν τα
παραπλήσια κύτταρα ή τους διπλανούς ιστούς».

Το σημείο – κλειδί στη συγκεκριμένη έρευνα είναι ότι δεν αρκεί να κατασκευάσει
κανείς ένα υλικό το οποίο να ικανοποιεί «στο περίπου» τις απαιτήσεις.
«Αντίθετα, σε κάθε περίπτωση, απαιτείται ένα υλικό με πολύ συγκεκριμένη
συμπεριφορά και ιδιότητες, σχεδιασμένο ειδικά, αποκλειστικά και μόνο για τη
συγκεκριμένη εφαρμογή. Κι επειδή τέτοια υλικά δεν υπάρχουν στη φύση (δηλαδή
από μόνα τους δεν είναι σταθερά ως μακροσκοπικά συστήματα), πρέπει να
δημιουργηθούν από τα θεμελιώδη τους στοιχεία, άτομο προς άτομο», καταλήγει ο
κ. Καξίρας.

Η ανθρωπότητα γυρίζει σελίδα σε νέα εποχή

Η άμμος και το χαλίκι αντικαθίστανται από μικροσκοπικά πολυμερή σφαιρίδια. Με τον τρόπο αυτό οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον δημιούργησαν ένα υλικό πολύ πιο ανθεκτικό από το παραδοσιακό τσιμέντο, τόσο ελαφρύ όμως που… επιπλέει στο νερό. Περισσότερα στο site: www.students.washington.edu/asce

Από την Παλαιολιθική Εποχή και την Εποχή του Χαλκού μέχρι τα χρόνια των
πολυμερών υλικών και την εποχή των κβάντων, η ίδια η ανθρώπινη ιστορία
αποδεικνύει πως ο κάθε πολιτισμός ταυτίζεται με την εκμετάλλευση και τη
συστηματική χρήση νέων υλικών. Οι δύο Έλληνες καθηγητής της Επιστήμης των
Υλικών, κ.κ. Ευθύμιος Καξίρας και Χρήστος Μασσαλάς, επιχειρούν μια αναδρομή
στην ιστορία του ανθρώπινου είδους, συνδέοντας τα υλικά με την προσπάθεια του
ανθρώπου να αναβαθμίσει την ποιότητα της ζωής του και να δημιουργήσει
πολιτισμό.

«Την Παλαιολιθική, τη Μεσολιθική και τη Νεολιθική Εποχή, τον πολιτισμό του
ανθρώπου τον χαρακτηρίζει η χρήση εργαλείων από πέτρα. Αυτή η περίοδος άρχισε
πριν από 2,5 εκατομμύρια χρόνια και κράτησε μέχρι τη στιγμή που ο άνθρωπος
στράφηκε προς τα μέταλλα. Την Εποχή του Χαλκού (μέχρι το 1500 π.Χ.), ανέπτυξε
την ικανότητά του να αξιοποιεί τα αρκετά μαλακά και εύπλαστα μεταλλικά υλικά,
βασισμένα στον χαλκό. Και μετά, άρχισε να μαθαίνει την τεχνολογία του σιδήρου,
ενός υλικού που είναι πιο ανθεκτικό και ευέλικτο από τον χαλκό (Εποχή του
Σιδήρου)».

Ένα κρεμώδες πολυμερές υλικό, το 2312-RMF, περιέχει αγώγιμο άργυρο και μπορεί να ταξιδέψει στο Διάστημα. Έχει όλες τις ιδιότητες που είναι απαραίτητες για την κατασκευή ηλεκτρονικών μηχανημάτων και συσκευών που βρίσκονται σε τροχιά πάνω από τη Γη, είναι εύκαμπτο, αντέχει σε θερμοκρασία -70 βαθμών Κελσίου και κυκλοφορεί ήδη σε μικρές σύριγγες. Περισσότερα στοιχεία στο: www.apteklabs.com

Οι αλλαγές αυτές, επισημαίνουν οι δύο επιστήμονες, δεν ήταν τυχαίες ούτε
οφείλονταν σε τυχαίες ανακαλύψεις.

Έγιναν σταδιακά, με μεθοδικά επιστημονικά βήματα. «Για να χρησιμοποιήσει ο
άνθρωπος τον σίδηρο, χρειάστηκε να μάθει να θερμαίνει τα υλικά σε θερμοκρασίες
πάνω από 1.500 βαθμούς Κελσίου, έτσι ώστε να μπορεί να ξεχωρίσει, διά της
τήξεως, τον σίδηρο μέσα από τα πετρώματα όπου είναι αναμεμειγμένος. Και ήταν
αυτή η τεχνολογία που έδωσε τη δυνατότητα στις κοινωνίες που την
τελειοποίησαν, να προοδεύσουν και να επικρατήσουν. Το γεγονός, μάλιστα, ότι ο
Όμηρος αναφέρει στην “Ιλιάδα” πως ο Ήφαιστος κατασκεύασε μια καλύτερη ασπίδα
για τον Αχιλλέα, αναμειγνύοντας χαλκό, ψευδάργυρο, χρυσό και ασήμι,
αποδεικνύει πως οι αρχαίοι μας πρόγονοι γνώριζαν πολλά περισσότερα απ’ όσα
ίσως πιστεύουμε, για τα διάφορα μέταλλα και κράματα».

Προσθέτοντας άνθρακα στη διαδικασία παραγωγής, οι ερευνητές έφτιαξαν ένα αεροτζέλ που λειτουργεί ως καλός αγωγός ηλεκτρισμού. Με το υλικό αυτό δημιουργούνται «τούρμπο» πυκνωτές για μπαταρίες, ικανοί να αποθηκεύουν 100 φορές περισσότερη ενέργεια από τους πυκνωτές που χρησιμοποιούνται σήμερα στις μπαταρίες των κινητών τηλεφώνων. Πληροφορίες: www.llnl.gov

Η μετά τον σίδηρο εποχή, άρχισε, σύμφωνα με τους ειδικούς, τον 19ο αιώνα, με
την επιστημονική προσπάθεια να αξιοποιηθεί κάθε πρώτη ύλη που υπάρχει στη
φύση, ως υλικό για πρακτικές εφαρμογές. Από το καουτσούκ, για παράδειγμα,
κατασκευάστηκαν τα πρώτα συμπαγή ελαστικά προϊόντα.

Και εν έτει 1907 δημιουργήθηκε ο βακελίτης, σηματοδοτώντας την αρχή στη
βιομηχανία των συνθετικών πολυμερών υλικών, τα οποία κυριαρχούν ακόμη σήμερα,
για να παραδώσουν όμως ­ όπως όλα δείχνουν ­ τη σκυτάλη στα κβαντικά υλικά.
«Τα τεχνητά υλικά», σημειώνει ο κ. Μασσαλάς, «τα οποία άρχισαν να
παρασκευάζονται τις δύο τελευταίες δεκαετίες του 20ού αιώνα, έδωσαν τη
δυνατότητα στον άνθρωπο να πραγματοποιήσει τα τεχνολογικά θαύματα του
σύγχρονου πολιτισμού. Τα κβαντικά υλικά είναι αυτά που θα χαρακτηρίσουν τον
πολιτισμό του 21ου αιώνα».