Za špičkovou fyzikou není třeba chodit daleko

Za špičkovou fyzikou není třeba chodit daleko

Fyzika / článek

„Fyzika se ukrývá i v tom nejobyčejnějším materiálu. I ten se může stát základem pro špičkový výzkum,“ říká doc. Miroslav Cieslar z Katedry fyziky materiálů MFF UK, která sídlí v prvním patře budovy Fyzikálního ústavu na Karlově.

Výzkum kovů a slitin má na Matfyzu více než 50letou tradici. Fyzici z MFF UK testují různé konstrukční materiály, od slitin s nízkou hustotou (hliník, titan a hořčík) až po intermetalické sloučeniny. Pro tzv. fyzikální metalurgii nabízejí řadě výrobců kovů široké spektrum metod. Dá se říci, že tam, kde nestačí jen inženýrský přístup, tedy jak to funguje, nastupuje přístup fyzikální a hledání podstaty procesu až na atomární úrovni: proč to tak (ne)funguje. Na Matfyzu se proto studuje fyzika materiálů, nikoli materiálové inženýrství.

Na vysoké úrovni je nabízena např. rezistometrie. Tato velmi citlivá fyzikální metoda, založená na měření odporu, je důležitá pro stanovení přerozdělování příměsí v kovových materiálech. Firmy mají většinou k dispozici světelnou mikroskopii, řádkovací elektronové mikroskopy, umí změřit tvrdost a pevnost. Jenže to dnes často nestačí. Mnozí průmysloví zákazníci navíc netuší, jaké procesy v materiálech vlastně probíhají.

„Naše metoda je integrální, můžeme pracovat na větším vzorku, přitom s 10x vyšší citlivostí. Umíme zmapovat, jaké procesy při jakých teplotách v materiálu probíhají, následně nasadíme mezo-, mikro- až nanoskopické metody. Pro transmisní elektronovou mikroskopii máme jeden z nejlépe vybavených mikroskopů v tomto státě. Materiál navíc můžeme ochlazovat či ohřívat a probíhající procesy zároveň pozorovat v mikroskopu, a přitom navíc třeba provádět lokální texturní analýzy, to nikdo jiný v Česku neumí,“ říká doc. Miroslav Cieslar z Katedry fyziky materiálů.

Dokladem jeho slov je množství výzkumů realizovaných na zakázku pro komerční sféru. Například pro AL INVEST Břidličná vědci zkoumali chování velmi tenkých fólií z hliníkových slitin, pro Kovohutě Kamenice zase provádějí detailní výzkum rozložení mechanických vlastností v konkrétním výrobku. Tyto poznatky posléze nacházejí uplatnění zejména v oblasti automobilového průmyslu. Součástky je možné velmi rychle vyrobit, avšak problémem bývá to, že nemají homogenní vlastnosti. Fyzici proto musejí najít slabá místa v materiálu a příčinu jejich vzniku, a následně navrhnout proces, jak takovou nehomogenitu minimalizovat.

Mezi zákazníky týmu doc. Cieslara patřila v minulosti třeba také firma Airbus. Evropský výrobce letadel si od českých vědců objednal výsledky transmise a rezistometrie. Vědci mapovali strukturu materiálu a příčiny exfoliační koroze některých materiálů, která je v dopravním průmyslu nepřijatelná.

Žádaní odborníci na transmisi

Fyzici umí poskytnout komplexní informace o struktuře daného materiálu. Vychovat odborníka v transmisní mikroskopii je však podle doc. Cieslara běh na dlouhou trať: „Na to, aby student ovládl transmisní mikroskop, stačí rok. Aby zvládl diagnostiku jednoho vybraného materiálu, potřebuje pět let. Aby byl však schopen zkoumat jakýkoliv materiál, to trvá ještě dalších pět let. Proto jsou lidé, kteří umí transmisi, velice žádaní. Pokud nepůsobí ve vědeckých institucích, ale v průmyslu, tak dobře vědí, že tato metoda existuje a co umí. Nejde totiž jen o jednu metodu, ale o komplex metod poskytující podrobnou informaci, a to při vysokém rozlišení.“

Katedra fyziky materiálů MFF UK funguje také jako expertní konzultant. „Často nám chybějí technologie přípravy materiálu. Proto většinou zkoumáme dodaný materiál nebo materiál, který si necháme jinde vyrobit. Ale výhodou je náš široký záběr diagnostických metod, přístup experimentátora a spolupráce s ostatními katedrami: vyberu experimentální metody, materiály proměřím, srovnám s chybou a na základě nepřesných údajů musím udělat přesné rozhodnutí. A když je třeba, vytvořím model a ten ověřím s našimi teoretickými fyziky,“ dodává doc. Cieslar.

Že tento přístup funguje, potvrzuje nejen velký počet realizovaných smluvních výzkumů a projektů podpořených Ministerstvem průmyslu a obchodu či Technologickou agenturou ČR, ale také pravidelná spolupráce vědců z katedry s výzkumníky za zahraničních pracovišť.

doc. RNDr. Miroslav Cieslar, CSc.

Vystudoval MFF UK, obor fyzika pevných látek. Jako odborný asistent v minulosti dva roky působil na švýcarské École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Na Katedře fyziky materiálů se zabývá především elektronovou mikroskopií, elektrickou rezistometrií, fázovými transformacemi, mechanickými vlastnostmi či nanomateriály. Je autorem nebo spoluautorem více než sta odborných publikací.