Etelä-Korean ja Japanin yliopistojen tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen kristallin, joka kykenee absorboimaan ja vapauttamaan happea toistuvasti ilman että sen rakenne hajoaa. Kyseessä on läpimurto materiaalitutkimuksessa: havainto tarjoaa uusia mahdollisuuksia niin puhtaan energian tuotantoon, elektroniikan jäähdytykseen kuin älykkäisiin rakennusmateriaaleihin.
Tutkimus julkaistiin elokuussa 2025 vertaisarvioidussa Nature Communications -lehdessä. Sen johtivat professori Hyoungjeen Jeen (Pusan National University, Etelä-Korea) ja professori Hiromichi Ohta (Hokkaido University, Japani).
Mitä kristalli tekee?
Kristalli koostuu strontiumista, raudasta ja koboltista. Sen ydinidea on happityhjiöiden hallinta: kiderakenteeseen voi muodostua aukkoja, joihin happiatomit sitoutuvat tai joista ne vapautuvat.
Kun materiaalia kuumennetaan sopivassa kaasuympäristössä, se vapauttaa happea. Kun ympäristöön lisätään happea, kiteen rakenteen koboltti-ionit muuttavat tilaansa ja happi imeytyy takaisin. Prosessi on täysin palautuva ja voi toistua lukuisia kertoja ilman, että kiderakenne romahtaa. Rauta toimii “selkärankana”, joka pitää rakenteen vakaana, kun koboltti tekee varsinaisen hapenvaihtotyön.
Professori Jeen tiivisti löydön näin:
“Se on kuin antaisi kristallille keuhkot – se voi hengittää sisään ja ulos happea käskystä.”
Miksi tämä on merkittävää?
Useimmat aiemmin tutkitut hapen varastointiin kykenevät materiaalit ovat osoittautuneet epävakaiksi tai vaatineet äärimmäisiä lämpötiloja. Tämä uusi kide toimii selvästi alhaisemmissa olosuhteissa ja pysyy ehjänä useiden syklien ajan. Sen rakenteen todettiin jopa vahvistuvan hapen uudelleensitoutumisessa.
Tämä tekee siitä huomattavasti realistisemman ehdokkaan käytännön sovelluksiin.
Sovelluksia tulevaisuuteen
1. Puhdas energia ja polttokennot
Kiinteäoksidipolttokennot (SOFC) tuottavat sähköä vedystä vähäpäästöisesti, mutta vaativat korkeita käyttölämpötiloja. Uusi kristalli voisi alentaa toimintaolosuhteita ja pienentää kustannuksia, jolloin polttokennot voisivat laajentua teollisuudesta myös arjen käyttöön.
2. Älykkäät ikkunat
Kun kristalli vapauttaa happea, se muuttuu läpinäkyvämmäksi ja paremmin sähköä eristäväksi. Tämä ominaisuus sopisi suoraan rakennusten “älyikkunoihin”, jotka voisivat säätää automaattisesti valonläpäisyään ja lämpöeristystään sään mukaan – alentamalla energiankulutusta ilman mukavuuden menetystä.
3. Lämpötransistorit elektroniikassa
Kristallin hapen hallinta mahdollistaa myös “lämpötransistorit”, jotka voisivat ohjata lämmön virtausta samalla tavalla kuin transistorit ohjaavat sähkövirtaa. Tällä tavoin olisi mahdollista estää laitteiden ylikuumeneminen tietokoneista aina raskaisiin teollisuuslaitteisiin.
Mitä haasteita on jäljellä?
Tutkijat painottavat, että kyseessä on vasta materiaalitutkimuksen varhainen vaihe. Suurimmat rajoitteet ovat:
- Lämpöraja: Kristalli alkaa hajota noin 500 °C:ssa, mikä rajoittaa sen käyttöä korkean lämpötilan ympäristöissä.
- Skaalautuvuus: Laboratoriossa valmistetut kiteet toimivat lupaavasti, mutta niiden valmistaminen suurissa määrin ja vakaasti on seuraava suuri askel.
- Käyttöikä: Pitkäaikainen kestävyys todellisissa käyttöolosuhteissa (rakennuksissa, polttokennoissa, elektroniikassa) on vielä todentamatta.
Yhteenveto
“Hengittävä” kristalli on merkittävä periaatenäyttö siitä, miten materiaalit voivat tulevaisuudessa reagoida ympäristöönsä aktiivisesti. Kyky absorboida ja vapauttaa happea hallitusti avaa tietä:
- energiatehokkaammille polttokennoille
- lämpöä ohjaaville elektroniikkaratkaisuille
- ja älykkäille, energiankulutusta säästäville rakennusmateriaaleille.
Matkaa kaupallisiin sovelluksiin on vielä paljon, mutta tutkimus on yksi esimerkki siitä, miten perustutkimus voi synnyttää täysin uusia teknologisia mahdollisuuksia.
Lähteet ja lisälukemista
- Jeen, H., Ohta, H. et al. (2025). Oxygen breathing behavior in strontium–iron–cobalt oxide crystal. Nature Communications.
- Pusan National University – Material Physics Department
- Hokkaido University – Functional Oxide Materials Laboratory
- Taustaa polttokennoista: U.S. Department of Energy, Office of Fossil Energy & Carbon Management
- Älymateriaalien katsaukset: Advanced Materials (2023), Journal of Materials Chemistry A (2024)