Výzkumníci Centra materiálů a nanotechnologií Fakulty chemicko-technologické na Univerzitě Pardubice našli cestu, jak vyrobit unikátní černou formu oxidu titaničitého. Ten se používá pouze v bílé formě a to zejména ve formě nanočástic pod rozšířeným názvem titanová běloba. Vědci mají reálnou šanci, že se jimi vyvinutá forma ve formě vrstev nanotrubic poprvé na světě využije ve výrobní praxi - objeví se na ciferníku hodinek známé značky.
Zkusit vyrobit oxid titaničitý v černé formě napadlo tým Dr. Jana Macáka ve chvíli, kdy je oslovila sama firma. „Vždy se snažíme, aby naše materiály byly díky svým vlastnostem využitelné v různých aplikacích. I proto je náš výzkum často spojený se spolupracujícími partnery," říká Dr.-Ing. Jan Macák, který se v Centru materiálů a nanotechnologií (CEMNAT) specializuje na syntézy nových nízkodimenzionálních struktur jako jsou nanotrubice, nanočástice nebo nanovlákna.
Získat materiál pro nejčernější ciferník hodinek trvalo vědcům rok a spolupracovali na něm i s kolegy ze Středoevropského technologického institutu CEITEC VUT Brno. „Od začátku bylo jasné, že je třeba využít vrstvy nanotrubic kvůli jejich vhodným optickým vlastnostem. Museli jsme ale vymyslet, jak zvládnout proces, během kterého trubice TiO2 opravdu dostatečně zčernají. To nebylo vůbec snadné," popisuje vědec. Z praxe a literatury je známo, že podobně uspořádané uhlíkové nanotrubice jsou také téměř dokonale černé, a to díky jejich složení, architektuře a specifickému režimu pohlcování světla.
V takové formě a na takové ploše, jako jsou hodinky, černou formu oxidu titaničitého dosud nikdo na světě nepoužil. Postup si proto vědci chrání. „Naše černá forma je velmi specifická svou přípravou. Obsahuje v malém množství určité defekty v krystalické mřížce, které dramaticky mění index lomu světla. Opticky proto z bílého materiálu na začátku procesu udělají černý. Reakci lze řídit a připravit i různé odstíny šedé," prozradil vědec a dodal: „Oxid titaničitý je chemický chameleon. Jeho barvu umíme ovlivnit bez jakýchkoliv přísad o jiném chemickém složení. Jsem rád, že se nám to podařilo. Ještě testujeme stabilitu černé formy, protože by měla v hodinkách vydržet desítky let beze změny."
Sloučeninu kyslíku a titanu lze najít v přirozené podobě v minerálech. Pro průmyslové využití se ve formě malých částic titanová běloba vyrábí uměle chloridovou, nebo síranovou metodou. Víc než 4 milióny tun pigmentu ročně se využívá v automobilovém průmyslu, v potravinářství, přidává se do kancelářských potřeb, do kosmetiky, barev, léků i opalovacích krémů. Bílé barvivo je nerozpustné ve vodě, pohlcuje UV záření, které umí přeměnit na teplo, odráží sluneční paprsky a vyznačuje se vysokým jasem i barevnou stálostí.
Jan Macák je jedním z excelentních vědců Univerzity Pardubice, který se nanomateriály zabývá přes 18 let. V rámci ERC projektu CHROMTISOL, který podpořila jako špičkový výzkum Evropská vědecká rada, v posledních letech zkoumal modifikace nanotrubic, které by vedly k novému typu solárního článku. Vědecky řešil také využití nanotrubic pro povrchy kostních implantátů. Černou formu oxidu titaničitého s týmem vyvinul pro firmu Chronotechna, tradičního českého výrobce hodinek.