Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Projekt STŘEDISKO ANALÝZY FUNKČNÍCH MATERIÁLŮ (SAFMAT) s registračním číslem CZ.2.16/3.1.00/22132 byl schválen usnesením Zastupitelstva hlavního města Prahy číslo 30/60 jako nejlépe hodnocený projekt v rámci 2. výzvy Operačního programu Praha - Konkurenceschopnost - oblast podpory 3.1 Rozvoj inovačního prostředí a partnerství mezi základnou výzkumu a vývoje a praxí.

Realizace projektu SAFMAT, jehož cílem je vytvořit laboratoř se špičkovým technologickým vybavením k výzkumným účelům, povede k zásadnímu zvýšení kvality výzkumu v tomto oboru a rozšíří výzkumný potenciál na území hl. m. Prahy. Možnost využít nové přístroje pro zájemce z řad podnikatelských subjektů zvýší jejich konkurenceschopnost, protože měření provedená pro tyto firmy umožní inovovat jejich produkci a zavádět zcela nové výrobky. Bude vytvořeno špičkové a nejlépe vybavené pracoviště v daném oboru nejen v ČR, ale i v celé střední a východní Evropě. To podpoří rozvoj kapacit pro výzkum a vývoj v oblasti nanotechnologií včetně výzkumné infrastruktury a lidských zdrojů.

Projekt je zaměřen na:

• analýzu nových materiálů z hlediska atomárního složení a struktury, což je jedním z nejnáročnějších odvětví experimentální materiálové fyziky, vyžadujícím velkou koncentraci jak materiálních zdrojů, tak odborníků s vysokou kvalifikací. Využití takových metod má zásadní význam pro uplatnění a udržení českých firem na náročných světových trzích, kde příprava materiálů musí být dokonale definovaná z hlediska atomárního složení a struktury a umožnit diagnostiku v subnanometrovém měřítku. Součástí výzkumu v projektu SAFMAT je také metrologie tenkých vrstev v oboru nanotechnologií.
• analýzu technologicky důležitých center a strukturních defektů ovlivňujících lokalizaci elektrického náboje v polovodičových, magnetických a dalších materiálech. Použitá metoda - elektronová paramagnetická rezonance - je vhodná k určení koncentrace, nábojového stavu, valence a elektronové struktury těchto center v atomárním měřítku a jejich způsobu zabudování do hostitelské struktury.

Takto získané znalosti jsou nezbytným předpokladem pro uskutečnění přechodu od technologií běžných v makrosvětě k nanotechnologiím, které využívají zcela nové fyzikální principy.

Laboratoř SAFMAT, zřízená ve Fyzikálním ústavu AV ČR, přispěje k udržení světové úrovně tohoto výzkumu v ČR. V jejím rámci budou uvedeny do provozu dva nejmodernější přístroje pro charakterizaci nanostrukturních funkčních materiálů:

NanoESCA je přístroj spojující unikátním způsobem elektronovou mikroskopii fotoelektronů a elektronovou spektroskopii pro studium lokálního chemického složení a strukturních vlastností v nanometrickém prostorovém rozlišení. V praxi to umožňuje zcela unikátní analýzu zaměřenou na strukturu a vazební poměry ve zkoumaných materiálech.

EPR spektrometr Bruker ELEXSYS E580 určuje při teplotách v rozmezí od 4 do 300 K strukturu, dynamiku a prostorovou distribuci paramagnetických částic na atomové úrovni v libovolném typu materiálů. Přístroj umožňuje analýzu nejen pevných látek, ale i gelů, kapalin a biologických vzorků.

Projekt SAFMAT byl zařazen do národní mapy velkých infrastruktur pro výzkum a vývoj. Směřuje do oblasti základního výzkumu, vzdělávání i aplikovaného výzkumu:

• V rámci vědecké spolupráce s ostatními vědeckými institucemi se Fyzikální ústav AV ČR zaměří na materiálový výzkum v oblasti nanotechnologií, a ve spolupráci s vysokými školami, zejména MFF UK a fakultami ČVUT, také na vzdělávání studentů, především postgraduálních.
• Laboratoř bude otevřena také zájemcům z řad podnikatelských subjektů působících v oblasti výzkumu a vývoje.

Projekt SAFMAT byl zahájen k 1. 3. 2010. Pro potřeby projektu byla z prostředků Akademie věd vystavěna nová budova s laboratorními a kancelářskými prostory, která byla kolaudována počátkem roku 2011. Přístroj FT-EPR byl nainstalován během června 2011. Přístroj NanoESCA byl uveden do provozu v srpnu a září 2011. Před dokončením výstavby laboratoře v prosinci 2011 bude pro širokou odbornou veřejnost uspořádán odborný seminář.

Unikátnost a potřebnost pořízených přístrojů a zájem o jejich využití v praxi dokládá skutečnost, že partnery SAFMATu jsou také podnikatelské subjekty, jejichž sponzorské příspěvky ve výši 3 250 tis. Kč přesahují 4 % celkového rozpočtu projektu. Mezi partnery z průmyslové sféry patří následující společnosti:

ČEZ, a. s., se bude podílet na spolupráci při výzkumu materiálů pro jadernou energetiku. Půjde o zkoumání koroze a segregaci prvků, které způsobují degradaci a nežádoucí změny mechanických vlastností jednotlivých částí elektráren a rozhodující měrou ovlivňují jejich životnost a bezpečnost. Pomocí přístroje NanoESCA lze provádět výzkum struktury a prostorové distribuce defektů a jejich chemického složení v nanometrickém měřítku, což doposud nebylo možné. Spolupráce v této oblasti by probíhala v součinnosti s dceřinými společnostmi firmy ČEZ a ostatními firmami zabývajícími se touto problematikou. Jde zejména o Ústav jaderného výzkumu, a. s., v Řeži, Ústav jaderných paliv Praha, a. s. a Výzkumný a zkušební ústav Plzeň s.r.o.

HVM plasma, s. r. o., je společnost zabývající se vývojem a výrobou speciálních tenkovrstvých pokrytí pro automobilový průmysl. Firma má zájem o spolupráci v rámci výzkumu a vývoje metod analýzy nanostrukturních tenkovrsvých pokrytí a s tím spojené optimalizace depozičních plazmatických procesů. Firma má též eminentní zájem o metrologii v oblasti tenkých vrstev.

Crytur, a. s., plánuje využít přístroj FT-EPR pro výzkum nových scintilátorů a krystalů pro optiku a optoelektroniku.

ÚJP Praha, a. s., má zájem o spolupráci na výzkumu struktury různých typů ocelí pro jadernou energetiku pomocí přístroje NanoESCA.

Vakuum Praha, s. r. o., působící v oblasti vývoje a výroby vakuových systémů projevila zájem využít přístroj NanoESCa pro analýzu materiálů a jejich povrchů. Zásadní význam pro vývoj produktů této společnosti má zejména výzkum povrchů ultravakuových systémů, systémů XHV a iontově sorpčních vývěv .

Polovodiče, a. s., má zájem o využití NanoESCA pro zobrazování distribuce rozložení prvků na površích polovodičových součástek a o výzkum nových technologií a vlastností dopovaných křemíkových materiálů pomocí přístroje FT-EPR. Přenos těchto výsledků do praxe má pro polovodičový průmysl v České republice zásadní význam.