Torek, 16. 11. 2021, 17.06
10 mesecev
Intervju: prof. dr. Gregor Mali in dr. Andraž Krajnc, raziskovalca na Kemijskem inštitutu v Ljubljani
"Torta ni pomembna samo zaradi češnje, pomembno je vse v njej"
Termometer prikazuje, kako vroč je članek.
Termometer prikaže, kako vroč je članek.
2,04
10
Andraž Krajnc (levo) in Gregor Mali (desno), doktorja fizike s Kemijskega inštituta v Ljubljani
Dosežek mednarodne skupine raziskovalcev, v kateri sta sodelovala tudi dva slovenska fizika, odpira nove in boljše priložnosti za izdelavo svetlečih LED-diod ter zaslonov pametnih telefonov, televizorjev in računalnikov, prepričal pa je tudi ocenjevalce ene od najzahtevnejših in najbolj priznanih znanstvenih revij na svetu.
Uspehi znanstvenikov v javnosti (žal) ne sprožijo toliko pozornosti in navdušenja kot uspehi športnikov, a niso zato nič manj pomembni – kvečjemu nasprotno in zlasti takrat, ko krepijo obete, da bodo na temeljih teh uspehov nastale izboljšave, ki nam bodo olajšale vsakdanja opravila in naloge ali kako drugače izboljšale kakovost življenja.
S slovenskim znanjem na poti do nezlomljivih zaslonov mobitelov
Za majhno državo, kot je Slovenija, kjer proračunske postavke za znanost niso tako izdatne kot v razvitejših državah, je uspeh, ki ga objavijo najuglednejše svetovne znanstvene revije, še toliko pomembnejši.
Mali in Krajnc sta del mednarodne raziskovalne skupine, katere odkritje nove prebojne tehnologije za izdelavo diod in zaslonov je prepričalo ocenjevalce in urednike ugledne znanstvene revije Science.
Na ta ugledni seznam sta se te dni vpisala slovenska fizika, ki sta v mednarodni skupini razvila prebojno tehnologijo za naslednjo generacijo kompozitnega stekla za izdelavo diod in zaslonov – o tem dosežku so poročali v znanstveni reviji Science.
Morda bo ravno to odkritje tlakovalo pot do stekel za zaslone, ki jih bo nemogoče (ali vsaj veliko težje) razbiti, kot se to danes preveč preprosto zgodbi na številnih zaslonih mobitelov, upajo avtorji te mednarodne raziskave.
Kot pravi Gregor Mali, ki je bil mentor Krajncu pri njegovem doktoratu, Andraž malo raje in učinkoviteje dela poskuse, se pravi meri in analizira spektre, on pa malo raje piše o rezultatih poskusov, kar je "odlična naveza".
Kako bi na najpreprostejši način opisali, kaj je največji pomen vašega dosežka?
"Ključna ugotovitev raziskave je, da lahko s sintranjem tekočega kovinsko-organskega stekla in perovskitnih nanodelcev stabiliziramo aktivno fazo perovskitov, ki bi sicer v nekaj minutah ali urah izpostavljenosti običajnim zunanjim pogojem razpadla v neaktivno. Ta dosežek na široko odpira vrata za izkoriščanje izjemnih optoelektronskih lastnosti svinčevih perovskitov v praksi," odgovarja Krajnc.
Kdo je še sodeloval pri teh raziskavah?
"V tej raziskavi je sodelovala res velika skupina raziskovalcev. Same kompozitne materiale so pripravljali na Univerzi v Queenslandu v Avstraliji. S sodelavci s te univerze in Univerze v Cambridgeu že vrsto let odlično sodelujemo," je povedal Mali.
"Dosežek, o katerem smo poročali v reviji Science, na široko odpira vrata za izkoriščanje izjemnih optoelektronskih lastnosti svinčevih perovskitov v praksi."
"Ker je bilo zgradbo in delovanje pripravljenih kompozitov zelo težko razumeti, je bilo k sodelovanju treba pritegniti strokovnjake z različnih strokovnih področij – treba je bilo pokriti raziskave z uklonom rentgenskih žarkov, mikroskopijo, različnimi spektroskopskimi metodami, testiranjem materialov. Nazadnje je skupina 'pokrivala' tudi geografsko široko območje, od Avstralije prek Azije in Evrope do Amerike. Raziskavo so koordinirali na Univerzi v Queenslandu in šele, ko smo pripravljali članek, smo ugotovili, kdo vse smo soavtorji oziroma sodelavci."
Kako sta temu dosežku skupine prispevala vidva?
"Dobro razumevanje procesov na atomski ravni je ključnega pomena, če želimo pojasniti delovanje nekega potencialno zanimivega materiala in njegove lastnosti kasneje še izboljšati. V tem delu raziskave je bil pomemben tudi najin del. Z jedrsko magnetno resonanco sva uspešno sledila nastajanju posameznih faz perovskita in tvorbi tesnega stika na meji steklo-perovskit, ki površino perovskita zaščiti pred vplivi okolice in prispeva k izboljšanju svetilnosti," je pojasnil Krajnc.
"Dobro razumevanje procesov na atomski ravni je ključnega pomena, če želimo pojasniti delovanje nekega potencialno zanimivega materiala in njegove lastnosti pozneje še izboljšati."
Kaj pomeni ta objava za vas, vašo znanstveno ustanovo in slovensko znanost nasploh?
"Oba sva zelo vesela in ponosna na to objavo," ponosno pove Mali. "Objave v reviji, kot je Science, so opazne ne le v strokovnih krogih, ampak tudi v širši javnosti, ki spremlja napredek znanosti in tehnologije. Je češnja na torti mednarodnega sodelovanja našega Odseka za anorgansko kemijo in tehnologijo s Kemijskega inštituta. A torta ni dobra samo zaradi češnje, zelo pomembno je vse, kar je pod češnjo: če dobro delaš in imaš še nekaj sreče, kakšen članek pride tudi v Science. A navadno opraviš veliko poglobljenih, zahtevnih raziskav, katerih rezultatov pa ne objaviš v reviji najvišjega ranga. Če so kakovostne, v ožjih strokovnih krogih seveda takoj prepoznajo tudi take objave."
Ali bo mogoče tehnologijo, ki ste jo uporabili v laboratoriju, prenesti v industrijsko merilo?
"Izdelava materiala v večjih količinah je vsekakor mogoča," je prepričan Mali. "Sestavine niso drage in tudi sama priprava ni zahtevna – nekoliko poenostavljeno povedano, skupaj je treba zmleti kovinsko-organske in perovskitne kristalčke, jih segreti, da se kovinsko-organska komponenta stali, nato pa dobljeno zmes na hitro ohladiti. Uporaba materialov v napravah, kot so svetilke, zasloni in podobno, pa zahteva še reševanje različnih tehnoloških in inženirskih vprašanj."
"Z jedrsko magnetno resonanco sva uspešno sledila nastajanju posameznih faz perovskita in tvorbi tesnega stika na meji steklo-perovskit, ki površino perovskita zaščiti pred vplivi okolice in prispeva k izboljšanju svetilnosti," je pojasnil dr. Andraž Krajnc.
Kaj si lahko od vašega odkritja obetamo v praksi in kdaj?
"Mogoče najprej cenejše bele svetleče diode. Bistveni lastnosti pripravljenih kompozitov sta izredna svetilnost in možnost, da s primerno sestavo perovskitnih nanodelcev določimo oziroma izberemo valovno dolžino izsevane svetlobe. S kombinacijo elementov, ki svetijo pri različnih valovnih dolžinah, bo mogoče pripraviti zelo svetle 'ledice', ki bodo oddajale prijetno toplo belo svetlobo. Kdaj bo to dostopno, pa ne vem. Mislim, da to ni več prav dosti odvisno od nas raziskovalcev," meni Krajnc.
Kakšna so merila za sprejem članka v revijo Science?
"Revijo Science od leta 1880 izdaja Ameriško združenje za napredek v znanosti (American Association for the Advancement of Science, AAAS). Revija objavlja zgolj izredno izvirne članke, za katere se pričakuje, da bodo imeli zelo velik vpliv na širše znanstvenoraziskovalno področje in na družbo nasploh. Da to doseže, članke preseje zelo gosto uredniško in recenzentsko sito, ki prepusti le sedem odstotkov vseh člankov, poslanih v recenzijo," je pojasnil Mali.
"Revija Science objavlja zgolj izredno izvirne članke, za katere se pričakuje, da bodo imeli zelo velik vpliv na širše znanstvenoraziskovalno področje in na družbo nasploh."
Kakšna sta njen pomen in ugled?
"Moramo upoštevati še, da imamo že raziskovalci sami vgrajen zelo strog filter in da članka, o katerega izjemnosti nismo prepričani, sploh ne pošljemo v uredništvo te revije. Zaradi navedenega je vpliv revije Science izjemen. Objava članka v tej reviji, poleg potrditve o izjemni izvirnosti in pomenu raziskave, predstavlja tudi globalno referenco za raziskovalce in raziskovalne ustanove, ki so pri raziskavi sodelovali."
Kaj bo naslednji korak v tem raziskovalnem projektu?
"Kolegi z Univerze v Queenslandu so lastniki patenta, ki opisuje pripravo kompozitnih materialov. Korake, ki vodijo k uporabi teh materialov za izdelavo svetlečih diod, ki svetijo z belo svetlobo, in morda kasneje celo za izdelavo zaslonov za mobilne telefone, bodo napravili oni. Skupaj z njimi nadaljujemo tudi bolj temeljne raziskave."
"Raziskavo so koordinirali na avstralski Univerzi v Queenslandu in šele, ko smo pripravljali članek, smo ugotovili, kdo vse smo soavtorji oziroma sodelavci."
Kaj upate ali si želite, da bi še odkrili?
"Kompozitne materiale bi npr. želeli prirediti za uporabo v sončnih celicah," odgovarja Krajnc. "Trenutno preučujemo zmožnost priprave kompozitov z nekoliko drugačnimi kovinsko-organskimi stekli, ki v material vnesejo nove zanimive lastnosti."
Kako bo vajina skupina prispevala k nadaljnjemu delu raziskovalne skupine?
"Tudi v naši raziskovalni skupini v Odseku za anorgansko kemijo in tehnologijo Kemijskega inštituta aktivno razvijamo kovinsko-organske kristalne in steklaste materiale. Ciljana uporaba je tu drugačna – shranjevanje sončne energije in odpadne toplote, ohlajanje stavb, 'črpanje' vlage iz zraka za pridobivanje pitne vode v okoljih, kjer je primanjkuje."
"S kombinacijo elementov, ki svetijo pri različnih valovnih dolžinah, bo mogoče pripraviti zelo svetle 'ledice', ki bodo oddajale prijetno toplo belo svetlobo."
Kako še uporabljate jedrsko magnetno resonanco pri raziskavah na Kemijskem inštitutu? Kaj vam je še pomagala odkriti in spoznati?
"Spektroskopijo z jedrsko magnetno resonanco oziroma NMR-spektroskopijo uporabljamo na res veliko področjih, ki segajo od kemije materialov do bioznanosti," je spomnil Mali. "Sam imam pregled le nad prvim delom. Že tu se srečujemo z zelo raznolikimi vprašanji, še posebej zato, ker je naš center NMR vključen v mednarodno mrežo CERIC, v okviru katere k nam na NMR-meritve prinašajo svoje materiale raziskovalci iz velikega dela srednje in vzhodne Evrope. Največ časa pa vseeno namenjamo meritvam na materialih, ki jih pripravljamo v našem Odseku za anorgansko kemijo ali dobimo od tesnih sodelavcev iz tujine."
"Naš center NMR je vključen v mednarodno mrežo CERIC, v okviru katere k nam na NMR-meritve prinašajo svoje materiale raziskovalci iz velikega dela srednje in vzhodne Evrope."
Kakšni so to materiali in zakaj so zanimivi in pomembni?
"Gre večinoma za t. i. urejene mikroporozne materiale, katerih votline in kanali imajo premere, ki so primerljivi s premeri manjših molekul. Ti materiali so zanimivi kot molekulska sita, ki npr. lahko ločijo ogljikov dioksid od drugih plinov v mešanici, ali kot zelo selektivni katalizatorji, ki pospešujejo in usmerjajo kemijske reakcije v želeno smer. Kot rečeno, se veliko ukvarjamo tudi z mikroporoznimi materiali za shranjevanje sončne energije in odpadne toplote. NMR-spektroskopijo uporabljamo vedno, ko je treba odgovoriti na kakšna težka vprašanja, npr. kje v ogrodju materiala so katalitsko aktivna mesta, kako se molekule med kemijsko reakcijo približajo aktivnim mestom, kam v kanalih oziroma na stene votlin in kanalov se umeščajo molekule določenega plina."
"NMR-spektroskopijo uporabljamo vedno, ko je treba odgovoriti na kakšna težka vprašanja."
Kakšne najpomembnejše odgovore tako dobite?
"Ko poiščemo odgovore na taka vprašanja, šele razumemo, kako na novo razviti materiali res delujejo in zakaj delujejo dobro ali slabo. To je pomembno za nadaljnje izboljšave. Velika moč znanosti je ravno v tem, da vedno gradi na predhodno pridobljenem znanju," je sklenil Mali.
10