Vědci zvládli řídit viskozitu porézních kapalin se stomilionovou přesností

Vědci dosáhli průlomu v oblasti takzvaných porézních kapalin, materiálů, které v sobě spojují dvě na první pohled neslučitelné vlastnosti – trvalé nanoskopické dutiny podobné pórům v pevných látkách a zároveň schopnost tekutosti jako u běžných kapalin. Díky cílenému molekulárnímu designu povrchu se podařilo naladit viskozitu těchto materiálů v rozsahu přesahujícím sto milionů násobek, což představuje dosud nevídanou míru kontroly nad jejich fyzikálními vlastnostmi.

Porézní kapaliny patří mezi perspektivní materiály pro řadu průmyslových a environmentálních aplikací. Jejich unikátní struktura, kdy si molekuly udržují stabilní vnitřní dutiny i v kapalném skupenství, z nich činí atraktivní kandidáty pro zachycování oxidu uhličitého, separaci plynů nebo různé chemické procesy vyžadující selektivní absorpci molekul. Právě kombinace pórovitosti a tekutosti umožňuje, aby tyto materiály fungovaly efektivněji než klasické pevné sorbenty, protože se s nimi dá snadněji manipulovat, čerpat je a přizpůsobovat je konkrétním technologickým procesům.

Klíčovým faktorem, který určuje praktickou využitelnost porézních kapalin, je jejich viskozita. Ta se totiž musí lišit podle toho, k jakému účelu má materiál sloužit. Nižší viskozita usnadňuje čerpání a cirkulaci kapaliny v technologických zařízeních a zároveň urychluje přenos tepla a hmoty, což je zásadní například u procesů, kde je potřeba rychlá výměna plynů nebo tepla mezi kapalinou a okolím. Naopak vyšší viskozita poskytuje materiálu větší strukturální stabilitu, což je výhodné zejména při tvorbě membrán, kde je potřeba, aby si materiál udržel definovaný tvar a nedocházelo k jeho nekontrolovanému rozlévání či deformaci.

Doposud byla schopnost cíleně ovlivňovat viskozitu porézních kapalin značně omezená, což komplikovalo jejich přizpůsobení konkrétním aplikacím. Nový přístup založený na molekulárním designu povrchu tento problém řeší tím, že umožňuje precizně upravovat interakce mezi molekulami na povrchu pórovitých struktur. Právě tyto povrchové interakce totiž zásadně ovlivňují, jak snadno se molekuly kapaliny pohybují jedna vůči druhé, a tedy i to, jak vysoká nebo nízká bude výsledná viskozita materiálu.

Dosažené rozpětí přesahující sto milionů násobek představuje podle odborníků významný posun v možnostech, jak porézní kapaliny šít na míru konkrétním potřebám. Díky tomu bude možné navrhovat materiály, které budou optimalizované jak pro rychlé procesy vyžadující nízkou viskozitu, tak pro aplikace potřebující stabilní a odolné struktury s vyšší viskozitou.

Pro odvětví zachycování oxidu uhličitého, které je v posledních letech stále více v centru pozornosti v souvislosti se snahou omezovat emise skleníkových plynů, tento vývoj otevírá cestu k účinnějším a flexibilnějším technologickým řešením. Nižší viskozita porézních kapalin by mohla zásadně zlepšit efektivitu zařízení, kde je nutné kapalinu neustále čerpat a cirkulovat, což je typické pro průmyslové jednotky zachycující CO2 přímo ze spalin nebo ze vzduchu.

Podobně by úprava viskozity mohla přinést zlepšení v oblasti separace plynů, kde se porézní kapaliny využívají jako selektivní média schopná oddělovat jednotlivé složky plynných směsí. Rychlejší přenos hmoty díky nižší viskozitě by mohl zkrátit dobu potřebnou pro separační procesy a zvýšit jejich celkovou účinnost.

Na druhé straně možnost zvýšit viskozitu a získat tak stabilnější strukturu je klíčová pro vývoj membrán založených na porézních kapalinách. Takové membrány by mohly najít uplatnění v širokém spektru chemických procesů, kde je potřeba selektivně propouštět určité molekuly a zároveň zachovat mechanickou odolnost materiálu.

Objev tak rozšiřuje možnosti využití porézních kapalin v praxi a naznačuje, že cílený molekulární design povrchu bude hrát klíčovou roli při vývoji nové generace materiálů pro chemický a environmentální průmysl. Další výzkum se pravděpodobně zaměří na ověření těchto vlastností v reálných průmyslových podmínkách a na optimalizaci nákladů spojených s výrobou takto navržených materiálů.