Letos v březnu oznámili olomoučtí vědci překvapivou zprávu. Magnet už nemusí být jen z kovu! S využitím grafenu, supertenké formy uhlíku, připravili první nekovový magnet, který si zachovává magnetické vlastnosti až do pokojové teploty. Prolomili tak letité pravidlo, neboť všechny dosud využívané magnetické materiály jsou na bázi kovů či jejich sloučenin. Výzkum byl publikován v časopise Nature Communications a chemicky upravený grafen se může v dalších letech dočkat různého uplatnění v biomedicíně anebo elektronice...
„Již několik let jsme tušili, že cesta k magnetickému uhlíku by mohla vést právě přes grafen – jedinou dvou dimenzionální vrstvu atomů uhlíku. Její úpravou pomocí dalších nekovových prvků, jako jsou fluor, vodík a kyslík, jsme vytvořili nové zdroje magnetických momentů, které spolu úžasně komunikují i při běžné pokojové teplotě. Znamená to obrovský posun v možnostech využití organických magnetů,“ říká přední český chemik Radek Zbořil, ředitel Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů (RCPTM) v Olomouci.
Z tohoto výzkumného ústavu Univerzity Palackého se v posledních letech „sype“ spousta vědeckých výsledků a nápadů. Kromě Zbořila se na vývoji nanostruktur, materiálů nebo upraveného grafenu podílí také Michal Otyepka, jenž na svůj projekt „2D chemie“ nedávno získal i prestižní ERC Consolidator Grant. V centru působí rovněž jeden z nejcitovanějších českých vědců vůbec – kvantový chemik Pavel Hobza. Na Hané se teď zkrátka dějí věci.
Státní pečeť excelence
Na počátku roku 2017 RCPTM zvítězilo i s nejlépe hodnoceným projektem excelentních týmů v dotační soutěži ministerstva školství. Na výzkum „hybridních nanostruktur“ dostalo 150 milionů korun, díky nimž vzniknou materiály využitelné i v obnovitelné energetice. Novou skupinu, jež bude vyvíjet nanomateriály na bázi levných fotokatalyticky aktivních oxidů kovů (třeba oxidu titaničitého), bude řídit Patrik Schmuki z Erlangenu, jenž je hvězdou materiálové chemie a fotoelektrochemie. „Profesor Schmuki již několikrát figuroval na seznamu nejcitovanějších světových vědců agentury Thomson Reuters a je též laureátem ERC Advanced grantu,“ řekl Lidovým novinám v lednu ředitel střediska Zbořil. Spolupráci přislíbila i Cornellova univerzita, EPFL Lausanne nebo korejská polytechnika.
Mezi 32 excelentních týmů v Česku se zařadily i čtyři další „materiálové“ záměry: dvojí štědré podpory se dostalo centrům na Univerzitě Karlově v Praze. Hned 216 milionů korun pomůže Centru pro cílenou syntézu a aplikaci materiálů (CUCAM) na přírodovědecké fakultě, které má pod vedením Russella E. Morrise z University St. Andrews, světovou kapacitou v oblasti porézních materiálů, vyvíjet materiály pro katalytické, optické či medicinální využití. Centrum nanomateriálů pro pokročilé aplikace (NanoCent), které vede na elitní matematicko-fyzikální fakultě Milan Dopita, dostalo 137 milionů korun. A uspěly ještě dva ústavy Akademie věd (AV): státní podporu 195 milionů získal projekt Pokročilá příprava funkčních materiálů ve Fyzikálním ústavu AV, dalších 151 milionů šlo na Výzkum dynamického chování materiálů ve strojírenství pro Ústav termomechaniky AV.
Devítka z Akademie věd
Nejsilnější institucí, co se týče základního výzkumu a fundamentálních poznatků v oblasti nových materiálů, je právě Akademie věd ČR. „Na materiálech všeho druhu byla, je a bude kriticky závislá celá společnost. Konstrukční materiály jsou základem pokroku ve všech oblastech: od zařízení pro efektivní výrobu elektrické energie přes další generaci moderních vysokopevných ocelí pro autoprůmysl, vysokoteplotní superslitiny pro letecké motory, životy zachraňující lékařské implantáty, nanomateriály s unikátními vlastnostmi po funkční materiály a kompozity pro nejširší využití v inženýrské praxi,“ říká profesor Ludvík Kunz z Ústavu fyziky materiálů AV, jenž je v české Akademii věd koordinátorem širšího výzkumného programu s názvem Nové materiály na bázi kovů, keramik a kompozitů.
Podílí se na něm hned devět ústavů: pochopitelně již jmenovaný a klíčový Ústav fyziky materiálů, ale dále též Fyzikální ústav, Ústav jaderné fyziky, Ústav fyziky plazmatu, Ústav přístrojové techniky, Ústav termomechaniky, Ústav makromolekulární chemie, Ústav geoniky a Ústav struktury a mechaniky hornin. Cílem všech je v celospolečenském zájmu přispívat k vývoji nových hmot, slitin či keramik, čehož mají využívat i firmy a průmysl.
„Dalšího pokroku není možno dosáhnout bez základního výzkumu a bez důkladného poznání materiálových vlastností a jejich vztahu k mikrostruktuře určující tyto vlastnosti. Je tedy přirozené, že vývoji nových materiálů, ale také vývoji technologií jejich zpracování, je celosvětově věnována trvalá badatelská pozornost ve všech vyspělých zemích,“ dodávají akademici. Není náhodou, že nejsilnější publikační otisk v uznávaném rankingu Nature Index, má z Česka bezkonkurenčně právě Akademie věd – a to hlavně v chemii a fyzice.
Stoleté průmyslové tradice
Bez materiálů se neobejde skoro nic. Jsou všude kolem nás. Materiály, které tvoří domy, staviva, silnice, auta, stožáry elektrického vedení, obaly potravin, hračky, ale i obrazovky počítačů, tablety nebo mobilní telefony. Chytré a funkční materiály už nabízejí daleko víc než „obyčejné“ plasty či kovy. Jedním z globálních trendů jsou i nanostruktury, které něco umějí: samy se čistí, odpuzují vlhkost nebo jsou enormně pevné, odolné...
Výhodou České republiky je více než staletá průmyslová tradice českých zemí, které byly industriálním „srdcem“ rakousko-uherského mocnářství. Mnohé podniky v Praze, na Kladně, v Plzni nebo na Ostravsku se neobešly (a neobejdou) bez vlastního vývoje. Úzké vazby na místní firmy tak dosud má Západočeská univerzita v Plzni, jež se pyšní výzkumně silnou fakultou aplikovaných věd či centrem NTIS, které se věnuje vývoji tenkovrstvých materiálů vytvářených plazmovými technologiemi. Z industriálního podhoubí vyrostla i Vysoká škola báňská v Ostravě, kde se metalurgií a materiálovým inženýrstvím zabývá celá jedna specializovaná fakulta. Počátky klade až do roku 1849. „Poskytujeme vysoce vzdělané absolventy v oblasti metalurgického průmyslu, materiálovém inženýrství, chemických technologiích, tepelné technice a průmyslové keramice i řízení v metalurgii. Jsme partnerem širokému spektru průmyslových odvětví v konzultační i výzkumné oblasti,“ uvádí fakulta.
A další silné polytechniky
Garancí toho, že se materiálový výzkum dělá dobře, je samozřejmě vazba na průmysl anebo výchova inženýrů. Obojím se chlubí dvě největší technické univerzity v zemi. Tou první je České vysoké učení technické (ČVUT) se svými osmi fakultami (včetně stavební, strojní nebo biomedicínského inženýrství) a několika ústavy. Mezi nimi vyniká tradiční Kloknerův ústav, založený již roku 1921 jako výzkumný a zkušební ústav hmot a stavebních konstrukcí, jenž zkoumá třeba i mikro- a makromechaniku nových konstrukčních materiálů.
Sesterské Vysoké učení technické v Brně (VUT) má rovněž osm fakult, přičemž třeba chemická fakulta ukazuje své zacílení i tím, že zřídila Ústav chemie materiálů anebo celé Centrum materiálového výzkumu za 233 milionů korun z peněz EU. „Centrum je primárně zaměřené na aplikovaný výzkum v oblasti anorganických materiálů, transportních systémů pro péči o zdraví a senzorů na bázi organických polovodičů,“ prezentuje se. VUT je spolu s vědecky velmi výkonnou Masarykovou univerzitou v Brně rovněž spoluzakladatelem ambiciózního Středoevropského technologického institutu (CEITEC), který má celý jeden ze svých výzkumných pilířů věnovaný pokročilým materiálům. „Kombinovaný výzkum v oblasti pokročilých keramických materiálů, polymerních kompozitů a kompozitů na bázi kovů se zaměřuje na aplikace v lékařství, strojírenství, elektrotechnice, energetice, chemii a stavebnictví,“ uvádí na stránkách jeho garant, profesor Josef Jančář. Konkrétně se rozličné navrhované materiály mohou v budoucnu uchytit jako chirurgické či dentální implantáty, ale také jako superslitiny anebo antibatekriální povrchy stěn, čistící nátěry a podobně.
V polymerech vyniká Zlín
Svou specializací na „nano“ se pyšní Technická univerzita Liberec (TUL), která je díky své specializované textilní fakultě v Česku unikátní, uplatňuje i v řadě látek. V polymerech zase vynikla jiná regionální a menší Univerzita Tomáše Bati (UTB) ve Zlíně, kde sídlily různé gumárenské nebo obuvnické firmy. Vzniklo tam i Centrum polymerních systémů. Nynější rektor školy, profesor Petr Sáha, byl v letech 2005 až 2009 dokonce prezidentem světové Polymer Processing Society a těží z kontaktů. „Výzkumníci se nám sem hlásí sami; máme minimálně dvě nabídky týdně ze zahraničí,“ uvedl Sáha loni v tisku. Mezi oborovými specialisty tak pracují Indové, Číňané, ale i vědci z Turecka, Ruska či Itálie. Týmy se věnují vývoji biokompozitů či medicínských gelů pro krytí ran nebo látkami s mnoha užitečnými elektrickými a magnetickými vlastnostmi. Trendem jsou právě biokompozity, jimž se věnuje unikátní doktorský studijní program. Co víc, kromě odborných článků se o vývoj polymerů zajímají i významné korporace typu Continental, Procter & Gamble či Pegas Nonwovens.
Autor: Martin Rychlík
Článek byl publikován na webu www.czech-research.com.
