Temat inżynierii powierzchni pojawia się na tych łamach dość często, ponieważ jest to jedna z najbardziej rozwojowych i przyszłościowych dziedzin. Dla ścisłości należałoby użyć określenia „inżynieria powłok”, gdyż to jest istota obróbki powierzchniowej: powinna nadawać przedmiotom nowe cechy – np. mniejszą ścieralność, odporność na korozję czy kompatybilność z innymi elementami. Celem jest tu nie sama powierzchnia, lecz funkcjonalność tego, co pokrywa.
Ale jest też zupełnie inny aspekt inżynierii powierzchni. Znów trzeba szukać osobnego terminu. Efekty ilościowe wielu procesów chemicznych i fizycznych warunkowane są rozległością i kształtem powierzchni, która w tym przypadku pełni rolę czynnej przegrody, błony, membrany. Najprostszym przykładem jest prasa hydrauliczna, która wykorzystuje zjawisko opisane prawem Pascala, ale może ono dawać praktyczne efekty tylko w przypadku wykorzystania zwartej powierzchni pokrywającej szczelnie powierzchnię płynu mało ściśliwego. Pojemność elektryczna kondensatora zależy od wielkości powierzchni okładek, a tę można zwinąć, czego nie da się zrobić z bryłą. W katalizie chemicznej juz dawno wyciągnięto wnioski z faktu, że cenne materiały katalizatorów można zaoszczędzić rozprowadzając cienką warstwą na ogromnych zwiniętych powierzchniach, co znacznie zwiększa wydajność procesu. W budownictwie, szukając „ciepłego”, izolacyjnego materiału stosujemy coraz bardziej porowate struktury zwiększając w ten sposób wielokrotnie powierzchnię styku między materiałem przenikalnym, a izolującymi komorami z powietrzem. Powierzchnia tych porów może stanowić o wytrzymałości materiału. Membrana do odwróconej osmozy do odsalania wody (RO) w popularnej wersji rurki o długości 12 cali i średnicy 2 cali pozwala uzyskać 756 l czystej wody na dobę. Niewielkie wymiary osiągnięto tu dzięki zwinięciu membrany w walec. Największe odsalarnie na świecie uzyskują ok. 0,5 – 1 mln m3 czystej wody na dobę. Wyobraźmy sobie, jak wielu hektarów wymagałaby taka odsalarnia, gdyby membrany rozwinąć do płaskiej powierzchni. Takich przykładów można przytaczać wiele z różnych dziedzin techniki. Największym przełomem jednak było odkrycie grafenu w 2004 r. przez fizyków Andre Geima i Konstantina Nowoselowa na Uniwersytecie w Manchesterze. (Nagrodą Nobla z fizyki.). Dało to początek technologiom opartym na materiałach 2D, czyli praktycznie powierzchni o grubości 1 atomu. Powierzchnia stała się samoistnym bytem, przestała reprezentować bryłę. Fachowcy już przebadali wszelkie możliwości grafenu i sięgają po jeszcze lepsze materiały 2D. Niedawno australijski zespół badawczy, ARC Research Hub for Advanced Manufacturing with 2D Materials, stworzył tzw. wieloskalowy zredukowany tlenek grafenu (M-rGO), który pozwala zwiększyć powierzchnię czynną tzw. superkondensatorów, co radykalnie zwiększa zarówno gęstość energii, jak i mocy. Zastosowano proces szybkiego wyżarzania termicznego, który nadaje grafenowi zakrzywioną strukturę z wytyczonymi ścieżkami dla przepływu jonów. Powoli otwiera się droga do skutecznych magazynów energii, co przesądzi o dalszych losach OZE jako stabilnych wytwórców energii elektrycznej. Co dalej? Może technologia 2D silniej zwiąże się z topologią matematyczną? Jakie niespodzianki nas tu spotkają? Czy coś np. wyniknie ze zwinięcia grafenu we wstęgę Möbiusa?
Zygmunt Jazukiewicz
