Nápady a objevy

3. května 2017

V CEITEC VUT umí z keramiky vyrobit neprůstřelné sklo i náhradní kloub

Z keramiky lze vyrobit i neprůstřelné "sklo" | Autor: archiv CEITEC VUT

Není keramika jako keramika. Své o tom ví výzkumná skupina CETEC VUT zaměřená na pokročilé keramické materiály, která již několik let pracuje na zlepšování jejich vlastností a hledá pro ně další a další aplikace. Dají se využít například jako neprůstřelné sklo či na kloubní náhrady. Chemické složení této keramiky se však výrazně liší od té, kterou běžně používáme v kuchyni či koupelně.

Společné mají jen to, že se musí ve finální fázi vypálit na vysokou teplotu. Zatímco běžná keramika se vyrábí z jílů, ta, se kterou pracuje zhruba dvacítka výzkumníků v CEITEC VUT, se skládá z chemických surovin, proto je i výrazně dražší. Její technologické zpracování je mnohem náročnější, pracují totiž s práškem, který se musí slisovat do požadovaného tvaru a následně při vysoké teplotě spéct. U transparentní keramiky je navíc důležité, aby mezi jednotlivými zrníčky nezůstal žádný pór. K takovému zpracování potřebují vědci drahá zařízení.

V CEITEC VUT dokáží z keramiky vyrobit chybějící kost či umělý kloub | Autor: archiv CEITEC VUT
Keramika pro lékařské účely

Problémem keramiky je obecně její křehkost. Proto se vědci snaží její vlastnosti zlepšovat a hledají neustále nová využití. Momentálně ji lze použít jako biomateriál pro kloubní náhrady a výplně kostí. „Dnes se na kloubní náhrady využívá především kov, ale jeho životnost je omezená. Dochází u něj totiž k otěru, kdy se mohou malé částečky uvolňovat do tkáně a způsobovat drobné záněty. Proto se přešlo ke keramice,“ vysvětlil Martin Trunec z výzkumné skupiny, která úzce spolupracuje s Ústavem materiálových věd a inženýrství na Fakultě strojního inženýrství. U těchto náhrad tak může hrozit po určité době nutnost reoperace. Všechny tyto problémy řeší keramika, protože u ní dochází k menšímu otěru a tím se životnost kloubní náhrady prodlužuje. Tělo také tento materiál lépe přijímá.

Další možností využití v lékařství jsou keramické výplně, které mohou nahradit chybějící část kosti. „Tělo totiž dokáže tento speciální materiál vstřebat a nahradit jej vlastní kostní tkání,“ upozornil Karel Maca ze stejné výzkumné skupiny. Jde o porézní tělesa, tzv. scaffoldy, které mají schopnost hojit defekty v kostech po vážných úrazech, operacích či onemocněních. „Momentálně kolegové pracují na vývoji speciálních dutých keramických vláken, která by mohla sloužit jako vodiče nervů,“ nastínil plány do budoucna.

Transparentní keramika je téměř k neroznání od skla, je však mnohem odolnější | Autor: archiv CEITEC VUT
Keramika najde využití i v armádě

Naprosto odlišným způsobem se dá pokročilá keramika aplikovat například v armádním průmyslu. Tam se využívá především transparentní typ keramického materiálu, který je těžko odlišitelný od skla. Má velmi podobné vlastnosti, co se týká propustnosti světla, u těch mechanických je však mnohem dále. Aby se dosáhlo neprůstřelnosti, nemusí být „sklo“ tlusté několik centimetrů a vážit několik desítek kilogramů. U keramických materiálů jsou tyto aspekty na mnohem menších hodnotách, což je velkou výhodou například u skel, která se montují do aut či vrtulníků, kde je hmotnost důležitým faktorem. „Navíc vydrží i velmi vysoké teploty oproti klasickému sklu, které se začne tavit,“ vysvětlil Trunec. Těchto vlastností se dá ale využít nejen pro zakázkovou výrobu firem zásobujících armádní průmysl, ale i v běžném životě. „Transparentní keramiku můžeme najít v čočkách fotoaparátů, ve výbojkách pouličního osvětlení a v budoucnosti třeba i v krytech mobilních telefonů,“ uzavřel Trunec.

(kah)

TémataCEITEC VUT materiály věda Fakulta strojního inženýrství