Ústav kovových materiálů a korozního inženýrství na sebe před nedávnem upozornil, když jím vyvinutá metoda výroby nanostrukturovaného stříbra zaujala armádu USA, která ji hodlá využít pro výrobu specifického typu munice.
Hlavní postavou výzkumného týmu byl profesor Dalibor Vojtěch. „Zájem americké armády nás pochopitelně těší, ale v našich laboratořích se toho děje mnohem, mnohem víc,“ říká profesor Vojtěch, který je zároveň vedoucím zmíněného ústavu.
Čím se na ústavu aktuálně zabýváte?
To bude poněkud delší odpověď. Naše výzkumná i pedagogická činnost se dělí na tři základní oblasti: chemickou metalurgii, jejímž předmětem zájmu je výroba kovů z rud a získávání kovů recyklací z průmyslových odpadů; fyzikální metalurgii, která vyvíjí technologie, které kovové surovině dodají požadované užitné vlastnosti (tvar, pevnost, vzhled atd.). Třetí oblast – korozní inženýrství – řeší konec života kovu, kdy je výrobek v provozu, funguje a časem logicky degraduje. V každé z těchto oblastí máme rozběhnutou řadu projektů.
Zkusme začít s projekty v oblasti chemické metalurgie.
Výroba z rud se v ČR praktikuje pouze v případě železa. Ostatní kovy se u nás vyrábějí recyklací z odpadních surovin, jedná se o tzv. kovonosné odpady. Je až překvapivé, kolik je u nás etablovaných firem zaměřených právě na tento byznys. Tyto firmy zajímá, jak co nejefektivněji získat například z použitých mobilů nebo počítačů cenné kovy, jako jsou stříbro, zlato nebo platinové kovy. Jejich cena na světových trzích roste.
Jaké množství lze získat například ze stolního počítače?
Hovoříme v řádu několika gramů stříbra, ale i to se, jak je vidět, vyplatí.
Velká poptávka je také po dříve přehlíženém lithiu…
Ano, samozřejmě. Hodně se mluví o uskladňování energie, které dokážou zajistit lithium-iontové baterie. Jsou lehké a s velkým výkonem, dávají se do hybridních automobilů. Nedávno se zjistilo, že v Krušných horách se dříve ve velkém těžil cín. Jsou tam miliony tun odpadu z předchozí těžby obsahující poměrně velké množství lithia, které v dané době nikoho nezajímalo. Aktuálně se tím zabýváme v rámci jednoho projektu se soukromými investory.
Na začátku jsme zmiňovali metodu výroby stříbra s ultrajemnou strukturou, kterou chce použít americká armáda na výrobu munice. Zabýváte se ultrajemnou strukturou i u jiných kovů?
Stříbro bylo paradoxně jen modelovým výzkumem. Náš ústav, konkrétně jeho skupina fyzikální metalurgie, je součástí velkého projektu Centra excelence Grantové agentury ČR, zaměřeného na ultrajemnozrné částice obecně. Podílí se na něm také Akademie věd a Univerzita Karlova.
Podařilo se nám vyrobit několik druhů materiálů s ultrajemnozrnou až nanokrystalickou strukturou, počínaje ultrapevnými slitinami hliníku a kobaltem konče. Používáme metodu slinování v plazmatu, které umožňuje spojení ultrajemných zrníček velmi rychle a za nepříliš velké teploty. To nám umožní udržet se v hladině desítek nanometrů. A protože platí pravidlo, čím menší, tím pevnější, přinášejí naše metody významnou finanční úsporu. Nepotřebujete tolik výchozích surovin.
V jakých oborech se tyto materiály uplatní?
Nejčastěji jako součástky v motorech, které jsou hodně mechanicky a tepelně namáhané.
Předmětem zájmu vašeho ústavu jsou také biomateriály pro medicínské aplikace. Jak se situace vyvíjí v této oblasti?
Je faktem, že roste věk populace a co se týče implantátů typu kyčle, zuby, klouby, tak co dříve stačilo, dnes nestačí. Rok od roku se zvyšuje počet reoperací vynucených selháním implantátu. Prostě skončí jejich životnost. My hledáme s výrobci implantátů cesty, jak životnost prodloužit.
Celosvětovým hitem jsou dnes ovšem hlavně biodegradabilní implantáty. Ve velkém se vyvíjejí kovy, které se vám v těle rozpustí za určitou dobu. Když si například zlomíte nohu a ortoped vám ji musí sešroubovat, nemusíte díky biodegradabilním šroubům na další operaci. Samy časem zmizí.
My jsme ve stavu, kdy materiál pro fixace zlomených kostí máme vyvinutý a teď probíhají biologické testy, aby nám úřady schválily přijatelnost pro lidský organismus. Což je ovšem ještě dlouhá a drahá cesta.
Bude to světový unikát?
Němci vyvíjejí to samé, pečlivě je sledujeme. Uvidíme, kdo bude rychlejší. Nikde jinde na světě nejsou ve vývoji tak daleko. Když se biologické testy podaří, bude mít nový materiál velké uplatnění. Ušetří hodně peněz na operacích a zároveň rizicích s operacemi spojených.
Na jakých projektech pracuje skupina korozního inženýrství?
Obecně řeší různé aspekty chemického a mechanického poškozování kovových materiálů. Momentálně probíhají práce na projektu zaměřeném na materiály, které jsou vhodné pro výrobu kontejnerů na použité jaderné palivo. Neboť než palivo vyhoří, uběhnou tisíce let, a proto ta schránka musí být schopná vytrvat extrémně dlouho.
Dále běží projekt na ochranné protikorozní povlaky pro karoserie aut. V principu se hledají alternativy k zinku, jehož cena díky ohromné spotřebě na světě roste. Kolegové se zabývají také kovovými památkami a jejich restaurováním.
Projektů řešíte evidentně mnoho. Jak je to s pedagogickou činností vašeho ústavu?
Co se týče bakalářského studia, máme tu zejména studenty čtyř oborů: Chemie a technologie materiálů, Chemie materiálů pro automobilový průmysl, Biomateriály pro medicínské využití a Chemie a materiály ve forenzní analýze. Z části u nás studují také studenti oboru Konzervování –restaurování uměleckořemeslných děl se specializací na kovové materiály.
Naprostá většina bakalářů pokračuje v magisterském studiu, což v našem případě znamená obor Kovové materiály, kde člověk získá skutečně komplexní a hluboké znalosti. Druhou variantou je pak obor Biomateriály. Absolventi mají silný chemický základ, materiálové znalosti, ale umí také pracovat s moderním softwarem, ovládají technické kreslení i vybrané strojařské předměty.
O uplatnění, předpokládám, nemají nouzi.
Ještě jsem nezažil, že by náš absolvent neměl práci. Naopak. Poptávka vysoce převyšuje počet našich absolventů. Zapomněl jsem ještě zmínit doktorské studium oboru Metalurgie. Tam je pak další kariéra jasně daná, lidé pracují ve výzkumných organizacích v čele s Akademií věd.