Zahlavi

Druhá brněnská návštěva předsedkyně AV ČR: Ústav fyziky materiálů

21. 03. 2018

Ústav fyziky materiálů byl druhým ústavem, který si předsedkyně Akademie věd ČR Eva Zažímalová prohlédla během své celodenní návštěvy Brna. Ústav sídlí v příjemném a klidném prostředí Brna-střed mezi vzrostlými stromy, a podobně jako nedaleký Ústav přístrojové techniky má četné úspěchy jak v základním výzkumu, tak v aplikační sféře.

Bez materiálů se společnost neobejde

„Zaměřujeme se na objasnění vztahů mezi strukturou a vlastnostmi materiálů,“ řekl ředitel Ludvík Kunz s tím, že výzkum ústavu je trvale aktuální svou podstatou – bez materiálů se společnost prostě neobejde. Kdysi to bylo dřevo a kámen, později bronz a železo a dnes se neobejdeme bez superslitin a spousty dalších velice sofistikovaných materiálů. Mezi současné trendy v materiálovém výzkumu patří na míru šité materiály („tailored materials“) pro konkrétní použití, vztah technologie přípravy a vlastností progresívních materiálů (např. 3D tisk), přesah materiálového výzkumu k „life sciences“ a výhledově vlastnosti recyklovaných materiálů.

Ředitel ústavu Ludvík Kunz (vlevo)

V rámci ústavu, který vznikl v roce 1963 jako Ústav vlastností kovů a o šest let později se přejmenoval na Ústav fyzikální metalurgie, fungují tři vědecká oddělení a dílny, kde se vyrábějí především vzorky pro experimenty. Poměrně nedávno byl vytvořen projektový tým. „Nebyl jsem si jeho založením zpočátku úplně jistý, ale musím říct, že se úžasně osvědčil: našim vědcům jsme významně ubrali projektovou byrokracii a uvolnili jim ruce k vědecké práci. V současnosti řešíme přes čtyřicet výzkumných projektů domácích i zahraničních, což je nesmírná administrativní zátěž,“ dodal ředitel, který je zároveň koordinátorem programu Strategie AV 21 nazvaného Nové materiály na bázi kovů, keramik a kompozitů.

Mechanické vlastnosti materiálů

Ústav má 137 zaměstnanců, z nichž je 69 vědeckých pracovníků a zhruba dvě desítky doktorandů. Úzce spolupracuje s oběma největšími univerzitami v Brně. Vědci využívají kromě vlastních laboratoří i špičkově vybavené laboratoře Středoevropského technologického institutu CEITEC, jehož je Ústav partnerem. „Za nevelký roční poplatek můžeme pracovat s elektronovým mikroskopem, který stál téměř sto milionů korun a který využíváme pro řešení velmi specifických problémů v materiálovém výzkumu,“ uvedl ředitel.

Vědec Antonín Dlouhý představuje místopředsedovi pro II. vědní oblast Zdeňku Havlasovi přístroje, kde se testuje zatížení materiálů v extrémních podmínkách. Kromě těch nových se stále používají i ty ze 70. let (na obrázku).

Jako první si vedení Akademie prohlédlo laboratoře Oddělení mechanických vlastností, kde se materiály testují při zatížení při vysokých teplotách, měří se trvalá deformace a predikuje se jejich životnost v extrémních podmínkách. Zajímavostí je, že se k tomu kromě dvou špičkových nových zkušebních strojů stále používají zkušební stroje, které byly vyrobené v Ústavu v 70. letech. „Ale slouží nám stále velmi dobře,“ řekl profesor Antonín Dlouhý, který vede výzkumnou Skupinu pokrokových vysokoteplotních materiálů. Další představenou oblastí výzkumu byla prášková metalurgie. Cílem teoretického modelování, numerických simulací a technologických experimentů je vyvinout nové materiály s unikátními vlastnostmi pro využití např. ve fúzních reaktorech.

Vedoucí skupiny Vysokocyklové únavy Pavel Hutař (vlevo) se věnuje i technologii přesného lití nového typu odlitků leteckých motorů. Vedle něj stojí místopředseda pro I. vědní oblast Jan Řídký

V oddělení se intenzivně zkoumají i problémy únavy nových materiálů. Mezi základní otázky patří, jak souvisí vznik a šíření únavových trhlin s vnitřní strukturou, jakou rychlostí se trhliny šíří a jak lze zajistit spolehlivost a bezpečnost konstrukcí s trhlinami. V této oblasti ústav spolupracuje s řadou firem, např. výrobcem železničních dvojkolí Bonatrans Group a.s. a nebo výrobcem automobilů Fiat. Výzkum je zaměřen nejen na kovové materiály, ale i na polymery, na nosníky z pokročilých betonů nebo na titan, který se používá třeba na zubní implantáty. Mezi další zajímavé směry patří výzkum biomateriálů pro náhrady kostí a výzkum keramických pěn.

Teoretické modelování a predikce možných vlastností hmoty i ekologická témata

Následovalo Oddělení struktury Oldřicha Schneeweisse, kde se měří a zkoumají elektrické a magnetické vlastnosti materiálů. V tomto oddělení pracuje i nositel Purkyňova stipendia Martin Friák, vedoucí výzkumné Skupiny elektrických a magnetických vlastností, který osm let působil v Max Planckově institutu v Německu. Věnuje se kvantově-mechanickým a atomárním simulacím, které kombinují zkoumání materiálů na úrovni jednotlivých atomů a rozlehlých defektů v krystalech. Získané poznatky ve skupině využívají např. při teorií vedeném vývoji nano-kompozitních superslitin na bázi železa a hliníku, ultra-lehkých hořčíkových materiálů, či slitin s vysokou entropií.

Jiné aktuální téma představují otěry pneumatik a brzd. Při provozu se komponenty brzd automobilů i vlaků opotřebovávají a do okolí se uvolňují toxické otěrové částice. Toxický „mikroodpad“ se ukládá v okolí cest do půdy, do vody i do rostlin. Cílem výzkumu je najít vhodné alternativní frikční materiály, které sníží nežádoucí dopady na zdraví člověka a čistotu prostředí.

Při prohlídce laboratoří muselo vedení dodržovat zásadu „čistých prostor". Návleky byly nutností.

Poslední zastávkou bylo Oddělení CEITEC ÚFM, které vede doc. Luboš Náhlík a kde se věnují pokročilým kovovým materiálům a kompozitům na bázi kovů, víceškálovému modelování a stanovení fyzikálních vlastností. Roman Gröger, který se po sedmiletém pobytu v Los Alamos v USA se vrátil zpátky domů, představil unikátní skenovací mikroskop s iontovým svazkem, na kterém právě sledoval neobvyklé důsledky deformace monokrystalu wolframu v kapalném dusíku. Přístroje v tomto oddělení pracují v takovém rozlišení, že vědci svoje měření provádějí často v noci, aby jejich výsledky nebyly ovlivněny okolním ruchem města, například z projíždějících „šalin“.

Připravila: Alice Horáčková, Odbor mediální komunikace Kanceláře AV ČR
Foto: Luboš Náhlík, Ústav fyziky materiálů AV ČR, a Alice Horáčková, Odbor mediální komunikace Kanceláře AV ČR

Přečtěte si také