Co kryje się pod określeniem "płyny zagęszczane ścinaniem" (ang. Shear Thickening Fluids, STF)? Chodzi tutaj o specjalny płyn, który twardnieje pod wpływem uderzenia lub innego rodzaju gwałtownego nacisku – a po pewnym czasie powraca do poprzedniej konsystencji. W skład takiego płynu wchodzą zazwyczaj twarde cząstki tlenków ceramicznych (np. krzemionka) umieszczone w ciekłym organicznym związku chemicznym.

Przygotowanie takich płynów nie jest jednak proste. Aby powstał materiał twardniejący przy uderzeniu, jego składniki muszą być wymieszane w odpowiednich proporcjach oraz w odpowiedni sposób - zwłaszcza, że wysoce pożądane właściwości płynów zagęszczanych ścinaniem stanowią równocześnie przeszkodę podczas ich otrzymywania - trzeba umieć kontrolować ich zachowanie podczas mieszania.

"Ten problem na szczęście rozwiązaliśmy już dawno temu" - stwierdza w rozmowie z PAP Małgorzata Głuszek, członkini grupy badawczej działającej przy Politechnice Warszawskiej. Grupa ta już od wielu lat pracuje nad praktycznymi zastosowaniami płynów zagęszczanych ścinaniem pod kierunkiem profesorów Mikołaja Szafrana, Gabriela Rokickiego oraz Marcina Leonowicza. W ich dorobku znajdują się już wersje demonstracyjne ochraniaczy sportowych i czapki o funkcji kasku oraz gotowy produkt – kamizelka kuloodporna skrytego noszenia.

Jednym z najnowszych pomysłów warszawskich naukowców jest wykorzystanie płynów zagęszczanych ścinaniem do ochrony przed trzęsieniami ziemi - mają one być używane jako wypełnienia pod budynki w rejonach zagrożonych wstrząsami sejsmicznymi. Pomysł został już doceniony na forum międzynarodowym: we wrześniu zdobył złoty medal na międzynarodowej wystawie Taiwan Innotech Expo.

Idea stojąca za wynalazkiem jest prosta: płyny zagęszczane ścinaniem umieszczane są w specjalnych komorach z tłokami, montowanych w fundamentach budynków. Podczas trzęsienia ziemi wstrząsy poruszają tłokami, których ruchy powodują z kolei zagęszczenie otaczającego je płynu - całość działa jak tłumik.

"Taki pojedynczy tłumik-amortyzator starczałby na mniej więcej dwa lata" - tłumaczy Małgorzata Głuszek. "Po upływie tego czasu trzeba płyn zawrócić, jeszcze raz poddać procesowi mieszania, jeśli to jest konieczne - uzupełnić składniki" - dodaje. Dlatego też twórcy wibroizolatorów są świadomi tego, że nie jest to jednorazowa sprzedaż produktu - ale muszą zapewnić pomoc techniczną nawet wiele lat później. "Nie ma mowy o tym, żeby ktoś kupił te materiały i one po kilku latach były po prostu do wyrzucenia" - stwierdza rozmówczyni PAP.

Jest to zadanie trudne, gdyż wymaga przejścia od pracy w laboratorium do profesjonalnej produkcji przemysłowej. Wizja ta nie przeraża jednak warszawskich badaczy. "Nie chcemy sprzedawać naszego wynalazku za granicę" - podkreśla Małgorzata Głuszek, dodając przy tym, że grupa pozyskała już polskich inwestorów, w tym jednego strategicznego. "Umowy są już podpisane i cały czas się rozwijamy. Fundusze na powiększenie produkcji już mamy - to już teraz tylko kwestia czasu" - dodaje.

Praca nad wibroizolatorami to dla naukowców z Politechniki Warszawskiej nowe doświadczenie - do tej pory ich badania skupiały się bowiem przede wszystkim na sposobach ochrony ludzkiego ciała. Wbrew pozorom jednak, jak zdradza Małgorzata Głuszek, znacznie trudniej jest otrzymać płyn np. do kamizelki kuloodpornej niż do tłumików chroniących budynki przed wstrząsami.

"Płyny pod kamizelki są znacznie bardziej skomplikowane, mają więcej składników - są też produktami ekskluzywnymi, nie produkuje się ich dużo. Płyny przemysłowe uzyskać jest znacznie łatwiej, co zresztą ma sens z ekonomicznego punktu widzenia: do budynku tego płynu potrzeba o wiele więcej niż do kamizelki, musi więc być tańszy i łatwiejszy w produkcji" - tłumaczy.

PAP - Nauka w Polsce