• Menu

    Innowacyjna fizykochemia we Wrocławiu

    Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych im. Włodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Nauk (INTiBS PAN) we Wrocławiu, który w ubiegłym roku obchodził 50-lecie swojego istnienia, jest wiodącą instytucją naukową w Polsce

    Za swoje dotychczasowe osiągnięcia, wysoki poziom prowadzonych badań i rozpoznawalność na arenie międzynarodowej został wyróżniony przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego prestiżową kategorią A+ przyznawaną wyłącznie jednostkom flagowym.

    Warto zauważyć, że w momencie swojego powstania INTiBS PAN we Wrocławiu był pierwszą i przez wiele lat bodaj jedyną w Polsce placówką prowadzącą tak modne i powszechne dzisiaj na świecie badania interdyscyplinarne.

    Pod jednym dachem pracują tutaj bowiem fizycy i chemicy ciała stałego, a w strukturze Instytutu trudno jest wręcz znaleźć zespół badawczy złożony wyłącznie z jednych lub drugich, ponieważ charakter prowadzonych badań wymusza ich ścisłą współpracę.

     Struktura INTiBS PAN

    Instytut jest podzielony na sześć oddziałów, których nazwy odzwierciedlają specjalizację danego zespołu naukowców i stosowane przez niego metody badawcze. Znajdziemy więc tutaj (1) Oddział Niskich Temperatur i Nadprzewodnictwa, (2) Teorii Materii Skondensowanej, (3) Badań Magnetyków, (4) Spektroskopii Optycznej, (5) Chemii Nanomateriałów i Katalizy oraz (6) Badań Strukturalnych.

    Jednak wyzwania współczesnej nauki sprawiają, że czymś naturalnym i codziennym są badania realizowane wspólnie przez naukowców z dwóch, trzech lub więcej oddziałów. Niezależnie bowiem od swojej specjalizacji wszyscy pracownicy naukowi Instytutu zajmują się zakrojonymi na szeroką skalę badaniami właściwości fizycznych i chemicznych nowych, niedawno odkrytych lub słabo poznanych związków chemicznych (ciał stałych). Szczególną wagę przykłada się tutaj do określenia struktury atomowej badanych materiałów.

    Wśród odkrywanych i badanych w Instytucie związków dominują te o ciekawych i potencjalnie innowacyjnych własnościach magnetycznych, optycznych lub elektrycznych, m.in. nadprzewodniki wysokotemperaturowe dla przemysłu energetycznego, materiały optyczne do zastosowań w fotonice i optoelektronice, multiferroiki, katalizatory ważnych procesów chemicznych (np. do usuwania szkodliwych substancji ze spalin), nowe materiały do zastosowań w biomedycynie itp.

    Od syntezy

    Prawie wszystkie badania w INTiBS PAN we Wrocławiu rozpoczynają się od syntez wysokiej jakości materiałów otrzymywanych w postaci monokryształów, polikryształów i ceramik zarówno metodami tzw. mokrej chemii, jak i przy użyciu specjalistycznych pieców w temperaturach sięgających 2500ºC. Ponadto w Instytucie uruchamiana jest obecnie ultranowoczesna aparatura do wytwarzania supercienkich warstw metali i półprzewodników.

    Warto też podkreślić to, że jako jeden z niewielu ośrodków na świecie Instytut posiada zezwolenie i warunki do pracy ze związkami zawierającymi zubożony uran – zupełnie nieciekawy z punktu widzenia promieniotwórczości, ale niezwykły z punktu widzenia badań magnetyzmu i nadprzewodnictwa w ciałach stałych. Otrzymane próbki są charakteryzowane pod względem struktury i składu metodami dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego oraz metodami mikroskopii elektronowej. Od tego momentu poddawane są one różnorodnym badaniom, których nadrzędny cel jest zawsze ten sam: odkrycie ciekawego zjawiska fizycznego oraz jego opis teoretyczny.

    Usłyszeć świerszcza w mieście

    Instytut posiada unikatową w skali kraju zdolność do wykonywania doświadczeń w temperaturach bliskich zeru bezwzględnemu – do około 0,02 K (dla porównania: temperatura pokojowa to około 300 K, a temperatura najciemniejszych obszarów przestrzeni kosmicznej to 2,73 K). Jest to o tyle ważne, że niektóre z badanych niekonwencjonalnych zjawisk fizycznych są tak subtelne, że nie sposób ich wykryć w wyższych temperaturach. Można to porównać do próby usłyszenia świerszcza w centrum zatłoczonego miasta w godzinach szczytu.

    Schłodzenie ciała stałego do ultraniskich temperatur jest dla fizyka tym samym, co głęboka noc na dalekiej prowincji dla przyrodnika. Wieloletnie doświadczenie Instytutu w tej dziedzinie sprawiło, że INTiBS PAN we Wrocławiu na mocy decyzji prezesa Głównego Urzędu Miar jest od 2001 roku depozytariuszem państwowego wzorca jednostki miary temperatury dla zakresu od 13,8033 K do 273,16 K (czyli od około -260ºC do 0ºC).

    Wzorzec jest zdeponowany i utrzymywany w specjalnie zaprojektowanym i jedynym w Polsce Laboratorium Wzorca Temperatury, które wykonuje usługi wzorcowania termometrów na potrzeby przemysłu, handlu, medycyny itd. oraz wydaje wymagane prawem stosowne świadectwa wzorcowania równoprawne świadectwom Głównego Urzędu Miar.

    Nie tylko poznawczo

    Misją Instytutu jest prowadzenie wysokiej jakości badań podstawowych, czyli takich, które z założenia mają charakter czysto poznawczy, a ich wyniki nie mają na celu zastosowania przemysłowego. Wyniki badań pracownicy Instytutu publikują prawie wyłącznie w zachodnich czasopismach naukowych o ugruntowanej renomie (głównie amerykańskich, brytyjskich, holenderskich i niemieckich).

    Jak to jednak często z odkryciami fizyków i chemików bywa, wiele z nich wcześniej czy później trafia pod strzechy w postaci nowoczesnych technologii. Takie ukierunkowanie badań jest również wysoko cenione przez instytucje finansujące naukę. Dlatego też INTiBS PAN we Wrocławiu stara się prowadzić badania, które są ciekawe nie tylko ze względów poznawczych, ale również ze względu na ich wysoki potencjał wdrożeniowy. Owocem takiego podejścia jest wiele krajowych i europejskich zgłoszeń patentowych oraz już przyznanych patentów. Ze względu na ciągle rosnącą liczbę tych zgłoszeń komercjalizacją innowacyjnych rozwiązań technologicznych o wysokim potencjale wdrożeniowym zajmuje się obecnie specjalnie powołana do tego spółka celowa – Centrum Transferu Technologii INTech Sp. z o.o. oraz spółki spin-off dedykowane konkretnym rozwiązaniom technologicznym.

    Luminofory

    Przykładami materiałów opracowanych w Instytucie i wielokrotnie nagradzanych na targach międzynarodowych są nowe wydajne luminofory do nowych energooszczędnych źródeł światła białego i koncentratorów słonecznych, które były owocem realizacji projektu „New Loks” koordynowanego przez INTiBS PAN we Wrocławiu a współfinansowanego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka.

    Intensywne prace prowadzone w Instytucie doprowadziły do odkrycia nowego rodzaju źródła promieniowania, które emituje szerokopasmowe światło białe na skutek oświetlenia podczerwienią specjalnie spreparowanej matrycy.

    Zjawisko to może zostać wykorzystane do opracowania nowego typu żarówki, której światło byłoby ze wszystkich znanych sztucznych źródeł światła (takich jak np. lampy żarowe, lampy fluorescencyjne, diody) najbardziej przypominającym promieniowanie słoneczne. Rozwiązanie takie może prowadzić do znacznego obniżenia zużycia energii (nawet pięciokrotnego w stosunku do lamp LED-owych) oraz do całkowitego wyeliminowania trującej rtęci. Technologiczny aspekt odkrycia jest przedmiotem zgłoszeń patentowych.

    Hydroksyapatyty

    Kolejnym przykładem prowadzonych w INTiBS PAN badań interdyscyplinarnych o charakterze aplikacyjnym są prace nad materiałami do zastosowań biomedycznych, w szczególności nad nanocząstkowymi hydroksyapatytami. Materiały te wywodzą się z substancji stanowiących naturalny budulec kości i zębów, w związku z czym mogą być stosowane jako platforma w terapii i diagnostyce uszkodzeń chrzęstno-kostnych oraz w inżynierii tkankowej przy produkcji łatwo przyswajalnych implantów. Ponadto mogą być one wykorzystane do produkcji kremów na trudno gojące się rany, wypełniaczy zmarszczek w chirurgii estetycznej oraz jako nośniki chemioterapeutyków uwalnianych bezpośrednio w miejscu podawania. Wykorzystanie tych łatwo przyswajalnych materiałów pozwoli m.in. na ograniczenie antybiotykoterapii po zabiegach chirurgicznych i ortopedycznych, co przełoży się na szybszy powrót do zdrowia i niższy koszt leczenia. Nowe sposoby otrzymywania wybranych nanocząsteczkowych hydroksyapatytów są również przedmiotem zgłoszeń patentowych.

    Pianosilikaty

    INTiBS PAN ma na swoim koncie również przygotowanie innowacyjnej technologii wytwarzania pianosilikatów, czyli porowatych, ogniotrwałych i ekologicznych materiałów termoizolacyjnych. Ich zaletą jest to, iż mogą być w dużej mierze wykonane z odpadów, które zalegają na wysypiskach poprzemysłowych lub powstają na bieżąco w trakcie procesów wydobywczych i wytwórczych. Ponieważ składają się one wyłącznie z nieorganicznych materiałów, w przypadku pożaru nie uwalniają się z nich trujące gazy.

    W procesie produkcji pianosilikatów wykorzystano standardowe procesy przemysłowe, co dodatkowo zmniejsza barierę wdrożeniową i czyni je bardzo atrakcyjnymi rynkowo. Opracowanie tej wyróżnionej na wielu targach technologii odbyło się w Instytucie przy wsparciu kapitałowym Dolnośląskiej Agencji Rozwoju Regionalnego SA, a komercjalizacją tego rozwiązania zajmuje się specjalnie powołana do tego celu spółka Ipanterm.

    Nanocząstki w medycynie

    Innym ciekawym problemem badanym w INTiBS jest wykorzystanie nanocząstek w medycynie. Dzięki odpowiedniej modyfikacji ich powierzchni nanocząstki mogą być wprowadzone do żywych organizmów jako znaczniki luminescencyjne (tj. emitujące światło o charakterystycznej barwie) specyficznych rodzajów komórek (np. rakowych). Osadzając się w tych komórkach, nie tylko pozwalają je wykryć, ale po wzbudzeniu z zewnątrz laserem mogą je podgrzać i zniszczyć. Niewątpliwie ważnym krokiem w tym kierunku jest opracowana w Instytucie nowa generacja nanotermometrów luminescencyjnych.

    Cechuje je bezprecedensowa czułość na zmiany temperatury w fizjologicznym zakresie temperatur, która jest dziesięciokrotnie wyższa od czułości termometrów tego typu znanych do tej pory! Dzięki temu realne staje się wykonanie przy ich użyciu bezkontaktowego i ultraprecyzyjnego pomiaru temperatury tkanek i komórek, co stwarza nowe możliwości w diagnostyce medycznej. Zastosowanie nowych nanotermometrów luminescencyjnych do obrazowania termicznego w biomedycynie i mikroelektronice jest celem projektu realizowanego przez pracowników Instytutu a finansowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej w ramach konkursu First Team.

    Grafen

    Instytut dysponuje ponadto nowatorską i energooszczędną technologią wytwarzania ciepłego światła białego z modnych ostatnio materiałów grafenowych. Istotną zaletą zaproponowanego rozwiązania jest fakt uzyskania emisji pokrywającej cały obszar widzialny promieniowania elektromagnetycznego (od czerwieni po fiolet) i odtwarzającej naturalne widmo promieniowania słonecznego. To nowatorskie źródło światła ma bardzo korzystne parametry użytkowe: wysoki współczynnik oddawania barw oraz wysoką temperaturę barwową, co sprawia że oświetlenie jest odbierane przez człowieka jako ciepłe. Ponadto proponowane rozwiązanie charakteryzuje się niskim zużyciem energii, co doskonale wpisuje się we współczesne trendy proekologiczne. Wyniki prowadzonych badań zostały zastrzeżone w postaci krajowego zgłoszenia patentowego oraz wyróżnione złotym medalem na brukselskich targach innowacji Brussels Innova 2015.

    Działalność dodatkowa

    Oprócz działalności statutowej INTiBS PAN we Wrocławiu uczestniczy w licznych projektach badawczych finansowanych przez Narodowe Centrum Nauki, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, Polską Agencję Rozwoju Przemysłu, Wrocławskie Centrum Badawcze EIT Plus oraz Europejskie Programy Badawcze.

    Poza tym co roku jednostka organizuje kilka międzynarodowych lub krajowych konferencji naukowych. Za każdym razem przyciągają do Wrocławia nawet do kilkuset uczestników. Organizowane są tutaj tygodniowe warsztaty naukowe dla wyróżniających się studentów zainteresowanych fizyką i chemią. Uczestnicy zapoznają się z działalnością naukową Instytutu. Mają także możliwość sprawdzenia się w roli naukowca podczas codziennych zajęć w wybranych laboratoriach.

    W ciągu całego roku w Instytucie realizowanych jest także kilkadziesiąt prac magisterskich, praktyk zawodowych i staży dla studentów i absolwentów, a pracownicy Instytutu prowadzą wykłady i zajęcia specjalistyczne na wyższych uczelniach. W ramach własnego Studium Doktoranckiego Instytut umożliwia ponadto przygotowanie prac doktorskich z chemii i fizyki (obecnie Studium liczy ponad czterdziestu doktorantów).

    INTiBS PAN we Wrocławiu jest również współorganizatorem Dolnośląskiego Festiwalu Nauki – dorocznego święta nauki, które gromadzi w czasie każdej edycji ponad 100 tysięcy odwiedzających.

    Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych

    Polskiej Akademii Nauk we Wrocławiu

    www.intibs.pl

     

     

    Udostępnij w sieci ....
    Share on FacebookTweet about this on TwitterShare on LinkedInPin on PinterestShare on Google+Share on VKShare on Tumblr

    Dodaj komentarz

    Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *