Ateityje nanomedžiagos pakeis daugelį tradicinių medžiagų

„Dėl smarkaus natūralių išteklių panaudojimo pramonės reikmėms gamtoje atsirado medžiagų deficitas. Todėl šviesiausi pasaulio protai ėmė plėtoti naują mokslo sritį – nanotechnologijas, kurias pasitelkus kuriamos medžiagos, turinčios unikalių ypatybių“, – sako Kauno technologijos universiteto (KTU) profesorius Sigitas Tamulevičius, kurio parengtą straipsnį apie inovacijas medžiagų srityje išspausdino prestižinis žurnalas „Reports on Progress in Physics“. S.Tamulevičius tikina, jog nanotechnologijomis sukurtų medžiagų pritaikymas kasdienybėje nėra tik teoriniai svaičiojimai ar tolimos ateities vizijos.

S. Tamulevičiui pastarieji metai buvo ypatingai džiugūs. KTU Medžiagų mokslo instituto direktorius už ilgametę bei reikšmingą mokslinę veiklą nominuotas Kauno miesto mokslininko premijai, o naujausias jo ir kolegų straipsnis „Diamond like carbon nanocomposites with embedded metallic nanoparticles“ publikuotas prestižiniame IOP („Institute of Physics Publishing“) leidyklos žurnale. Tai didelis žingsnis šalies mokslui.

„Tai vieną aukščiausių reitingų (Top-5) turintis žurnalas fizikos srityje. „Reports on Progress in Physics“  spausdina fizikos mokslo srities pasiekimų apžvalgas apie besivystančias fizikos sritis. Pastarojoje kategorijoje mūsų publikacija ir buvo publikuota“, – pasakojo S. Tamulevičius.

„Gavome kviestinės publikacijos statusą – žurnalo redaktorė, Ilinojaus universiteto Urbanoje-Šampeinėje profesorė emerite Laura H. Greene atrinko mūsų tematiką ir pakvietė paruošti straipsnį. Tai didelė garbė ir pripažinimas“, – pridūrė profesorius.

„Publikacija yra bendras KTU ir Pietų Danijos Universiteto projektas. Su šiuo universitetu KTU rengia bendras doktorantūros studijas. Mums malonu, kad technologija, aprašyta publikacijoje, yra sukurta KTU. Nesame tik idėjų „vartotojai“, bet patys siūlome novatoriškas idėjas užsienio partneriams, o tai yra 10 metų tyrimų rezultatas“, – teigė S. Tamulevičius, fiziką vadinantis kūrybiška sritimi.

„Fizika yra įdomus ir universalus mokslas. O jei žmogus smalsus ir kūrybiškas, tai ši sritis puikiausia vieta asmenybės evoliucijai. Aš visada buvau smalsus. Turbūt ši savybė mane ir atvedė į fiziką“, – tvirtino profesorius.

„Mokslas savo prigimtimi negali būti populiarioji kultūra, nes čia nėra intrigų. Mokslininkas privalo nuolat mokytis ir dirbti, o visuomenė turėtų suprasti ir vertinti, kad mokslininkas turi būti kūrybiškas ir veikti aukščiau kasdienybės. Mokslininkus, kaip ir kitus kūrėjus, patartina išlaisvinti nuo biurokratinių, administracinių procesų ir įgalinti netrukdomai kurti. Man šis darbas kelia itin didelį emocinį pasitenkinimą“.

„Visuomenė turi suprasti, kad ne tik galutinis rezultatas, t.y., išradimas, yra mokslininko indėlis mūsų gerbūviui.  Mokslininkai sukuria terpę, kurioje vyksta visuomenei reikšmingi procesai“, – pridūrė S. Tamulevičius.

Profesoriaus indėlis į mokslo ir technologijų vystymą Lietuvoje, prisidedant prie tarptautinio mokslinio bendradarbiavimo ir integruojantis į Europos bei pasaulio mokslo struktūras, yra itin reikšmingas. Jis yra daugiau nei 210 publikacijų autorius ir bendraautorius.

– Nupasakokite publikacijos „Reports on Progress in Physics“  žurnale esmę? Kaip iškilo nagrinėjama problema?, – paprašėme profesoriaus.

– Straipsnyje aprašome naujų medžiagų sintezę ir jų fizikinių savybių vertinimą bei siūlomus fizikinius modelius. Šiuo metu daugelyje technikos sričių progresą lemia naujų medžiagų kūrimas ir nauji taikymai. Taip pastaruoju metu medžiagų klasifikacijoje atsirado tokios medžiagos, kurių savybes lemia jų struktūra: nanostruktūrinės medžiagos, daugiafunkcinės medžiagos ir panašiai. 

Be to, vis didesnis dėmesys skiriamas naujoms jų technologijoms – nanotechnologijoms, manipuliuojančiomis su objektais ir struktūromis, kurių tipiški matmenys neviršija 100 nm. 

2000 m. prasidėję kai kurie nanotechnologijų taikymai daugiausia buvo susiję su nanomedžiagų sinteze ir naudojimu. Šiandien galima išskirti bent keletą sričių, kuriose naudojamos ne tik nanomedžiagos, bet ir nanostruktūros ar kiti nanotechnologijų produktai. Tai – elektronikos elementai, nanokompozitai,  kosmetika, dangos ir paviršiai, pjovimo įrankiai ir pan.

Straipsnyje pabandėme susisteminti paskutinių metų mūsų tyrimų, skirtų amorfinės (deimantiškosios) anglies nanokompozitų daugiafunkcinėms savybėms, rezultatus. Aprašėme šių medžiagų,  į kurias yra įterptos metalo (sidabro, vario ) dalelių, optines elektrines savybes ir parodėme, kad tokio tipo medžiaga gali būti naudojama optinėms ir elektrinėms reikmėms, aprašėme eilę inovatyvių jutiklių technologijų.

– Kiekviena problema, vizija ar tikslas turi pamatinę priežastį, dėl ko tam tikri veiksmai yra atliekami. Ko tikėjotės pradėdami šį darbą? Ar norėjote išspręsti kažkokią specifinę problemą?

– Medžiagų inžinerijos sąvoka – tai gana plati mokslinių problemų visuma, apimanti įvairius medžiagų tyrimo ir medžiagų mokslo klausimus. Pavyzdžiui, kaip pagerinti esamų, sukurti naujas ar sužinoti apie dar neištirtas medžiagų savybes, taip pat technologinio pobūdžio darbus, kaip sukurti efektyvesnius nei žinomi medžiagų gamybos būdus.

Daugelio mokslo ir technologijų sričių progresas yra tiesiogiai susijęs su tolesniu nanotechnologijų ir nanomedžiagų taikymu. Tai – elektronika, optoelektronika, informacinės technologijos. Ypatingas vaidmuo nanotechnologijoms planuojamas bionanotechnologijoje ir nanomedicinoje.

Nanotechnologijos gali būti labai efektyvios audinių ir ląstelės inžinerijoje, molekuliniuose varikliuose, biomolekulės jutikliams, vaistams ir t.t. Pamatėme, kad mūsų patirtis, sukaupta vakuuminių ir plazminių technologijų srityje, gali būti panaudojama naujų inovatyvių nanomedžiagų kūrimui. Bendri projektai su Sveikatos mokslų universiteto mokslininkais parodė, kad tai labai svarbu ir sveikatos mokslams.

– Kuo pastarasis darbas reikšmingas visuomenei bei žmogui?

– Netolimoje ateityje nanomedžiagos vaidins svarbų vaidmenį daugelyje sričių, kuriose galimas platus pramoninis jų naudojimas ir įvairių objektų gamyba: dažai su nanodalelėmis (atsparūs braižymui, ploni sluoksniai, kintančios spalvos), kuro celės (nanomembranos, valdomas porėtumas), vaizduokliai (nanokristaliniai ZnSe, ZnS, CdS, PbTe švytalai, anglies nanovamzdeliai – emiteriai), katalitinės medžiagos (metalų nanodalelės), anglies nanovamzdelių kompozitai mechaninėms reikmėms, tepalai (neorganinių medžiagų nanosferos – nanoguoliai), magnetinės medžiagos (Y-Sm-Co pastovūs magnetai duomenims užrašyti, analitiniai prietaisai), medicininiai implantai   (nanokristalinis cirkonio oksidas, silicio karbidas – biologiškai suderinamos medžiagos), nanomembranos vandeniui valyti.

Visuomenei reikia suprasti, kad ne tik galutinis rezultatas, t.y., išradimas, yra mokslininko indėlis mūsų gerbūviui.  Mokslininkai sukuria terpę, kurioje vyksta visuomenei reikšmingi procesai – čia mokosi ir tobulėja studentai bei tyrėjai, gimsta mokslas ir evoliucionuoja mokslininkai, daromi tyrimai bei kristalizuojasi mokymo forma. Šioje veiklų sinergijoje sukuriamas ne tik produktas tam tikram pritaikymui, bet ir proveržiai edukacijoje, bendri projektai su verslu.

Mokslininkai visada turi būti technologijų evoliucijos priešaky. Žinoma, jų idėjos ne visada suranda vietą kasdienybėje, bet tai nereiškia, kad buvo atliktas beprasmis darbas. Idėjos ir įžvalgos yra peržiūrimos, testuojamos ir analizuojamos nuolatos, o šiame procese ir gimsta galutinės formos.

– Prieš tai paminėjote priežastis, nulėmusias jūsų karjeros pasirinkimus, o kuris tyrimo aspektas įdomiausias?

– Pirmiausia reikėjo sukurti medžiagą ir ją ištirti, vėliau pradėjome šią medžiagą taikyti ir atradome naujų efektų, kurie pritaikomi jutiklių gamybai. KTU „Santakos“ slėnyje gimęs projektas – sudėtingas įrenginys, kuriam naudojama deimantiškoji anglis. Vienas iš prietaisų – optinis jutiklis, biojutiklis. Tai toks jutiklis, kuris suderinamas su biologine aplinka. Jis gali dirbti bet kokioje aplinkoje – kraujyje, seilėse, ašarose. Gali dirbti agresyvioje aplinkoje – šarmuose, rūgštyse.

Mes sukūrėme prietaisą, kurį galime pasiūlyti rinkai – galime padaryti kopiją, galime tiražuoti. Taip, panašių  prietaisų rinkoje yra, bet mes sukūrėme tobulesnį prietaisą. Jei yra žmonės, kurie supranta to svarbą, ir mato, kad iš to galima daryti verslą, mes galime padaryti, pagaminti bei parduoti.

– Papasakokite, su kokiais žmonėmis jums tenka dirbti? Kaip sutelkiate mokslininkų komandas moksliniams tyrimams? Kaip tokie bendradarbiavimo ryšiai yra sukuriami?

– Pastaroji bendradarbystė susiklostė savaime. Atėjau į naują kolektyvą KTU Fizikinės elektronikos institute (buvęs Medžiagų mokslo institutas). Kartu su kolegomis suformavome labai imlią komandą. Tai labai aukštos kompetencijos profesionalų grupė, kurioje jaučiamas įvairiapusiškumas bei tarpdisciplininiškumas. Tai puikiai pasimatė darbo rezultatuose.

– Per daugiau nei 30 metų atlikote ne vieną reikšmingą tyrimą. Ar pastarojoje publikacija aprašomi tyrimai yra vieni iš svarbiausių jūsų karjeroje?

– Mokslininkai atlieka labai daug tyrimų. Mes turime atnešti į universitetą priemones mokslo puoselėjimui, sukurti terpę efektyviam darbui, privalome pritraukti studentus bei verslo dėmesį. Pastaroji publikacija yra bene svarbiausia, nes ji apibendrina keleto metų tyrimų rezultatus ir yra išspausdinta prestižiniame žurnale. Mums džiugu, kad mokslo bendruomenės mus pastebi, domisi, cituoja ir vertina mūsų tyrimų rezultatus.  

– Dažnai nutinka, kad po paskelbtų atradimų, dėl tam tikrų aplinkybių idėjos ir projektai įšaldomi ir nebetęsiami. Kaip tęsite tyrimą?

– Nanotechnologijos keičia kiekvieno mūsų aplinką ir kasdienybę. Vienas svarbiausių pastaruoju metu medžiagų moksle vyraujančių šūkių: „Padaryk daugiau, turėdamas mažiau“ (angl. Doing more with less). Dėl smarkaus natūralių išteklių panaudojimo pramonės reikmėms gamtoje atsirado medžiagų deficitas. Todėl šviesiausi pasaulio protai ėmė plėtoti naują mokslo sritį – nanotechnologijas, kurias pasitelkus kuriamos medžiagos, turinčios unikalių ypatybių.

Tinkamai naudojamos ateityje jos iš esmės gali pakeisti daugelį tradicinių medžiagų. Naudojantis nanotechnologijomis sukurtų medžiagų pritaikymas kasdienybėje nėra tik teoriniai svaičiojimai ar tolimos ateities vizijos.

O pritaikymo galimybės neribotos. Deimantiškosios anglies kompozitai leidžia sukurti ir unikaliomis ypatybėmis išsiskiriančius plazminius jutiklius, kurie svarbūs biotechnologijų ir farmacijos tyrimuose. Jie leidžia atlikti matavimus realiu laiku. Biotechnologams nebereikia gaišti laiko, auginant bakterijų kultūras. Anksčiau ilgai trukdavę tyrimai dabar gali būti atliekami per kelias minutes.

Džiugu, kad daugelį technologijų, reikalingų tyrimams, turime „Santakos“ mokslo, studijų ir verslo slėnyje. Bendradarbiaujame su Baltijos ir kitų šalių mokslo centrais, universitetais. Mūsų atliekami tyrimai privalo rasti ir praktinį pritaikymą. Į šį procesą turėtų aktyviau įsitraukti aukštųjų technologijų bendrovės, kurios pasiūlytų mūsų technologijų pagrindu sukurtus produktus galutiniam vartotojui. Neabejoju, kad unikaliomis ypatybėmis išsiskiriančios nanostruktūrinės medžiagos bus ateities technologijų ir prietaisų pagrindas.