Sdílet
11. ledna 2022
Rozšířit běžný elektronový mikroskop o atomární zdroj, který namísto pouhého sledování vzorku umožní provádět chemické reakce. To je pointa projektu, který v soutěži Technologické agentury ČR (TA ČR) zvítězil v kategorii Business i ve veřejném hlasování. Prototyp zařízení, na jehož vývoji spolupracoval tým z CEITEC společně s firmou Thermo Fisher Scientific, najde uplatnění například v materiálovém výzkumu kovů.
„Změnili jsme mikroskop z pasivního zobrazovacího zařízení, které umožňuje pozorování vzorků, na přístroj umožňující monitorovat dynamické experimenty. Jde vlastně o malou laboratoř, kde je možné provádět a naživo sledovat oxidační a redukční reakce,“ vysvětlil Miroslav Kolíbal z FSI VUT, který současně působí jako vědecký výzkumník na CEITEC VUT. V projektu TA ČR ZÉTA, který je určený mladým vědcům, zastával díky svým dlouholetým zkušenostem s elektronovou mikroskopií roli mentora.
Standardní elektronový mikroskop nabízí mnohem detailnější rozlišení než klasický optický mikroskop. Pozorování probíhá ve vakuu a je velmi náročné na povrchovou čistotu vzorku. Ke zkoumání využívá záporně nabité elektronové či kladně nabité iontové svazky. Tým z CEITEC ale jako první na světě napadlo do mikroskopu přivést třetí typ svazku – neutrální atomy vodíku.
„V mikroskopu jsme doposud mohli pozorovat pouze oxidační reakce, protože zbytková atmosféra v mikroskopu, stejně jako naše atmosféra, obsahuje kyslík. Sledovat pod mikroskopem průběh redukční reakce je tak velmi obtížné – přitom jde o zásadní reakci, která ovlivňuje spoustu procesů v přírodě i průmyslu. Nám se to ale podařilo. Do mikroskopu jsme střídavě připouštěli kyslík a atomární vodík generovaný zdrojem. Díky tomu jsme mohli povrch kovu opakově oxidovat a redukovat,“ vysvětlil Kolíbal.
Výzkumný tým experimenty s redukcí prováděl na niklu a mědi – kovech, které se používají v katalýze. Jednou z aplikací nového vynálezu by tak mohlo být vylepšení katalytických procesů a katalyzátorů samotných. „Doposud uměl mikroskop pracovat omezeně jen s pevnými látkami a plyny. Průběh katalytické reakce, která navíc často probíhá za vysokého tlaku a teploty, jsme ale pořádně neznali. Nyní ji dokážeme sledovat v přímém přenosu. Jedním z našich cílů je opustit modelové procesy a sledovat katalytické reakce na povrchu reálných katalyzátorů, což doposud nebylo možné. Porozumění mechanismu těchto reakcí je pak nutnou podmínkou ke zvyšování jejich účinnosti.“
Prototyp elektronového mikroskopu využívající atomární jádro vyvíjel tým výzkumníků spolu s experty na elektronovou mikroskopii z Thermo Fisher Scientific. Nyní je nutné zařízení optimalizovat a najít další možnosti aplikace v praxi. „Vynález zcela jistě najde uplatnění v materiálovém výzkumu – konkrétně při čištění zoxidovaného povrchu zkoumaných kovů. Kdykoliv se metalurg bude chít podívat, jak vypadá složení jeho slitiny, může provést čištění zoxidovaného povrchu přímo v mikroskopu,“ doplnil Kolíbal. Zavedení neutrálního svazku vodíkových atomů do mikroskopu má potenciál v mnoha oblastech, nejen ve zmíněné metalurgii a katalýze, ale například také v nanotechnologiích.
Složení týmu
- Meena Dhankar (CEITEC VUT)
- Kristýna Bukvišová (CEITEC VUT)
- Miroslav Kolíbal – mentor (FSI a CEITEC VUT)
- Libor Novák (Thermo Fisher Scientific)
- Mirka Švehlová (Thermo Fisher Scientific)
Fotogalerie
Odborný kontakt
