Nanotechnologie mají na VUT v Brně zelenou

Výzkumem a praktickým využitím tohoto jevu se zabývají nanotechnologie. První vizi nanotechnologií předložil v roce 1959 v legendární přednášce v americké Pasadeně  fyzik Richard Feynman. K většímu používání těchto technologií, především pro náročnost průmyslové výroby nanomateriálů, ale tehdy ještě nemohlo dojít. Vývoj vědy a techniky od té doby pokročil natolik, že se v současnosti praktické využívání nanotechnologií stává realitou.

Světové univerzity proto začínají otevírat studijní obory zaměřené na nanotechnologie. V souladu s tímto trendem je i zahájení studia nanotechnologií na VUT. Pro nový akademický rok 2009/2010 VUT otevírá na Ústavu fyzikálního inženýrství nový studijní obor – Fyzikální inženýrství a nanotechnologie. V Brně se tak budou nanotechnologie samostatně učit vůbec poprvé; další univerzitou, která tento studijní obor (se zaměřením na textilní nanovlákna) od podzimu zájemcům nabídne, je Technická univerzita Liberec.

Výzkum nanotechnologií má na VUT zázemí

V posledních letech se nejen výzkumná činnost ústavu, ale i výuka začaly zaměřovat stále více na oblast nanotechnologií. Na ústavu se řešila řada projektů z oboru nanotechnologií, rozšiřovala se spolupráce s firmami vyvíjejícími činnost v oblasti výroby diagnostických zařízení pro tento obor (např. On Semiconductors Czech Republic, Tescan, s. r. o., a FEI Czech Republic). Velký význam pro výzkum nanotechnologií mělo vybudování laboratoře s čistými prostory třídy 100 000 (tzn. 100 000 prachových částic s rozměry pod 0,5 mikrometru v kubické stopě – běžně jejich úroveň dosahuje cca 20 milionů). ÚFI má k dispozici také unikátní tunelovací atomární mikroskop, který zde byl vyvinut.

V nanosvětě běžné fyzikální zákony přestávají platit

Nanotechnologie se primárně vymezují od dosavadních oblastí moderní fyziky ani ne tak rozměry studovaných objektů, jako právě unikátními vlastnostmi vyvíjených materiálů a struktur. Jak už bylo uvedeno, vlastnosti známých látek se při velmi malých rozměrech podstatně mění. „Dalo by se říci, že se v tomto nanosvětě jakoby rozšířila soustava chemických prvků. Známé látky získávají v nanosvětě zcela nové vlastnosti. Pokud jsme byli zvyklí, že látky mají určité vlastnosti, v nanosvětě to neplatí. Např. běžný křemík nezáří, a nemůže se proto používat na fotodiody. Ale nanokrystalický křemík září. Změněných vlastností nanomateriálů lze využít v řadě oblastí,” vysvětluje prof. Šikola.

Pro veřejnost asi nejznámější ukázkou využití nanotechnologií je laserové ukazovátko. Zásadní význam mohou mít nanotechnologie v elektronice. Dnešní procesory jsou již na hranici svých možností. Nanofotonika by mohla nahradit elektrony v integrovaných obvodech světlem. Přenos informace v takovém obvodu by byl až milionkrát rychlejší než v současných nejvýkonnějších procesorech.

Další oblast nanotechnologií, spintronika, se zabývá výzkumem orientace elektronu – tzv. spinu. Právě jeho orientace nahoru, nebo dolů (tedy nula, nebo jednička), by se dala využít pro přenos informací. Obrovské možnosti mají nanotechnologie v medicíně. Nanočástice se začínají využívat pro transport léčiv do těch míst, kam by větší částice nepronikly. Úspěšné je také využití nanočástic pro lokální ohřev nádorových buněk, které chceme odstranit. „Výzkum nanotechnologií a jejich praktická aplikace jsou stále ještě na samém počátku. Je proto jen velmi obtížné predikovat, co všechno nám přinesou,” říká prof. Šikola.

Další rozvoj nanotechnologií v Brně umožní CEITEC

Výzkum pokročilých nano- a mikrotechnologií se má v budoucnu stát součástí projektu Středoevropského technologického institutu CEITEC, který připravují brněnské vysoké školy ve spolupráci s AV ČR. „Naše sekce bude zaměřena na vývoj technologií pro přípravu nano- a mikrostruktur metodami ,bottom-up‘ a ,top-down‘ (nanolitografie). Základním předpokladem pro tyto metody je vybudování čisté laboratoře. Zatímco nyní máme k dispozici laboratoř třídy 100 000, v CEITEC se předpokládá vznik čisté laboratoře třídy 100, což je prostředí umožňující výrobu polovodičových materiálů,” přibližuje budoucnost prof. Šikola.

Základní výzkum v CEITEC se bude zabývat vlastnostmi a chováním nano- a mikrostruktur, které tvoří součásti složitějších systémů, jako jsou např. elektronické obvody. Předpokládá se také výzkum a vývoj mikro- a nanosenzorů schopných detekovat vlastnosti plynů, nejrůznějších materiálů a také látek v lidském těle.