Zahlavi

Nová technologie pro nanášení nanomateriálů

14. 02. 2018

Světově unikátní mikrovlnný plazmový systém, který umožňuje za nízkých teplot nanášet vrstvy nanomateriálů na velké plochy i 3D objekty, vznikl ve spolupráci Fyzikálního ústavu AV ČR a společnosti  SVCS Process Innovation a za podpory Technologické agentury ČR.

V oblasti nanotechnologií hrají zásadní roli tenké vrstvy o tloušťce pouhých několika nanometrů, tedy miliontin milimetru. Dávají plastům, kompozitním směsím, keramice a dalším hmotám zcela nové a u tradičních běžných materiálů nedosažitelné fyzikální a chemické vlastnosti, a tím rovněž nové technologické možnosti. Využívat se mohou například pro displeje a solární články, super tvrdé ochranné pokrytí řezných nástrojů či senzory plynů, speciální filtry schopné zachycovat kromě různých běžných škodlivin třeba i biologické nebo chemické bojové látky. Speciální vrstvy dokážou ničit houby, plísně i bakterie a viry. Nanotechnologie a nanomateriály mohou rovněž účinně a zároveň šetrně odstranit z povrchů památek nežádoucí olejovité nebo polymerní vrstvy bez poškození materiálu pod nimi. Vyvíjejí se tenké nanostrukturní vrstvy, díky nimž by byly povrchy lépe čistitelné nebo dokonce samočistitelné.

Plně modulární mikrovlnný systém, který nově vyvinuly Fyzikální ústav AV ČR a SVCS Process Innovation, dokáže podle Technologické agentury AV ČR nanášet tenké vrstvy z plynné fáze za přítomnosti nízkoteplotního plazmatu s vysokým stupněm ionizace.

Právě vysoká hustota plazmatu umožňuje nanášet neboli deponovat na rozsáhlé plochy či trojrozměrné objekty i materiály, které se standardními technologiemi dají jen obtížně vyrobit. Celý proces je přitom vysoce spolehlivý a dlouhodobě stabilní. Navíc obvykle probíhá za nízkých teplot, což je další výhoda, protože dovoluje deponovat vrstvy i na plastové substráty. Vyvinuté technologie jsou proto velmi slibné pro celou řadu oblastí od antimikrobiálních povrchů, fotokatalýzy, elektrochemických senzorů a elektronických prvků přes samočisticí vrstvy, fotovoltaický průmysl či medicínu až po technologie přímého solárního štěpení vody, optické aplikace nebo tvorbu specifických nanovrstev. „Projekt jsme podpořili také proto, že si od dosud nepatentovaných cest vývoje slibujeme zvýšení aktivity České republiky v celosvětových technologických platformách, mezi které se plazmové technologie řadí,“ uvedl předseda Technologické agentury ČR Petr Očko.

Podle dr. Zdeňka Hubičky, vedoucího oddělení nízkoteplotního plazmatu Fyzikálního ústavu AV ČR, museli vědci při vývoji a realizaci nového plazmového systému překonat mnohé překážky. „Problémy se pochopitelně objevily, protože jsme zvolili odlišný přístup ke zvětšení plošné kapacity původních mikrovlnných tryskových výbojů.“

Vědci však podle něj o obtížích věděli předem a měli přichystaný koncept a nápady, jak se s nimi během řešení vypořádat. „Bylo nutné najít nové uspořádání tryskového mikrovlnného výboje, který lze efektivně implementovat do vysokovakuového depozičního systému. Dále jsme museli překonat problémy s nestabilitami plazmatu, s diagnostikou tohoto technologického plazmatu a s udržením jeho vysoké hustoty i v čistě molekulárních plynech.“ Toto se nakonec podařilo a nový způsob řešení, který fyzikové nalezli, v nedávné době ochránili patentem a nová technická řešení užitným vzorem. „V současnosti používáme vyvinutý plazmatický systém pro základní výzkum depozice nových polovodivých materiálů například pro solární rozklad vody, což zahrnuje tenkovrstvé fotoanody a fotokatody, a pro výzkum postupů depozice ultratenkých vrstev na nanostrukturované povrchy či nanotrubice, které slouží jako velmi tenké pasivační vrstvy k odstranění povrchových defektů,“ vysvětluje dále Zdeněk Hubička. Fyzikální ústav AV ČR nyní testuje využití této technologie pro nanášení nových materiálů určených ke speciálním aplikacím.

Připravila: Jana Olivová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Pixabay