Centrum materiálového výzkumu
Centrum materiálového výzkumu (CMV) je regionální výzkumné centrum, provozované jako samostatné pracoviště Fakulty chemické Vysokého učení technického v Brně, a je primárně zaměřené na aplikovaný výzkum v oblasti anorganických materiálů, transportních systémů pro péči o zdraví a senzorů na bázi organických polovodičů.
Projekt Centra materiálového výzkumu na FCH VUT v Brně je realizován v
rámci Operačního programu Výzkum a Vývoj pro Inovace, prioritní osa 2. V
období 04/2010 až 12/2013 bude celkově investováno více než 200 mil CZK
do vybudování špičkového vědecko-výzkumného centra zaměřeného na
materiálový výzkum ve 2 hlavních oblastech: Anorganické materiály a
Transportní systémy a senzory.
1.1 Výzkumný program Anorganické materiály
Hlavním cílem výzkumného programu Anorganické materiály je vytvoření výzkumného centra pro poskytnutí instrumentální a vědomostní základny silikátovému průmyslu nezbytné pro rozvoj jeho inovačního potenciálu. Záměrem výzkumného programu Anorganické materiály je uplatnit ucelený pohled materiálového inženýra – chemika, zaměřený na nalézání vzájemných souvislostí chemické a fázové mikrostruktury a morfologie s výslednými vlastnostmi a chováním materiálů.
ODBORNÉ ZAMĚŘENÍ VÝZKUMNÉHO PROGRAMU
Výzkumný program Anorganické materiály zaměřuje výzkum a vývoj na tři odborné oblasti (aktivity), a to anorganická pojiva, keramické materiály a kovové materiály. Výstupy a výsledky těchto výzkumných aktivit budou zaměřeny na následující problematiku a systémy:
Anorganická pojiva:
- technologický vývoj, zvyšování energetické efektivity a snižování ekologické zátěže technologií výroby pojiv – portlandských, nízkoenergetických a speciálních cementů, vzdušného a hydraulického vápna a síranových pojiv,
- zvyšování užitných parametrů materiálů na bázi anorganických pojiv – betonů (samozhutnitelných, vysokohodnotných, přepjatých, lehčených…), porobetonů, omítkovin, speciálních maltovin (podlahových stěrek, lepidel…),
- výzkum a vývoj bezcementových pojiv – geopolymerů,
- vývoj nové generace anorganických pojiv s vlastnostmi plastů – MDF kompozitů,
- využívání sekundární produktů z chemických, metalurgických výrob a energetiky v přípravě anorganických pojiv a materiálů pro snížení ekologické zátěže těchto průmyslů.
Keramické materiály:
- technická a konstrukční keramika – intenzifikace výrobních procesů, úprava pálící křivky pro dosažení žádaných vlastností, procesy probíhající při vypuzování tvářecích přísad, fázové a strukturní změny v průběhu tepelného zpracování...,
- elektrotechnická keramika – úprava pálící křivky pro dosažení žádaných vlastností, fázové a strukturní změny v průběhu tepelného zpracování...,
- neoxidová keramika – intenzifikace výrobních procesů, fázové a strukturní změny v průběhu tepelného zpracování...,
- žárovzdorné materiály (hutné, izolační, žáromonolity...) – zkoušky vlastností a odolnosti žárnin, konzultace při výběru žárovzdorného materiálu, posouzení stavu vyzdívek a analýza příčin selhání materiálu,
- keramické suroviny – zkoušení vlastností a analýza složení keramických surovin (jíly, plastické zeminy, plniva, taviva...),
- speciální keramické technologie – sol-gel proces, biokeramika...,
- využití sekundární surovin v technologii keramiky.
Kovové materiály:
- rutinní strukturní a fázová analýza kovových materiálů (stadardní metalografie,elektronová a světelná mikroskopie, elementární analýza, difrakční krystalografická analýza, měření mechanických vlastností),
- vývoj ochranných povlaků pro hořčíkové a hliníkové slitiny, zejména s ohledem na jejich ekologickou a zdravotní nezávadnost při zachované požadované korozní odolnosti,
- korozní zkoušky standardizované (NSS, Kesternich atd…) i modifikované dle aktuálních potřeb výzkumu nebo zakázky,
- analýzy archeologických nálezů, spolupráce s muzei na identifikaci a konzervaci artefaktů,
- analýza příčin a průběhu korozního napadení, analýzy korozních produktů, návrhy řešení konkrétních problematických situací,
- výzkum využití rentgeno-spektroskopických metod pro určení chemického stavu analyzovaných prvků v lokálně identifikovaných fázích materiálů.
ČLENĚNÍ VÝZKUMNÉHO PROGRAMU:
Výzkumný program Anorganické materiály je rozčleněn do pěti funkčních celků – laboratoří, které se věnují odlišným metodám a postupům přípravy a charakterizace materiálů:
- Preparativní laboratoř silikátů
- příprava a vývoj anorganických pojiv a keramiky a zkušebních vzorků pro testy a analýzy v ostatních laboratořích
- Laboratoř chemických analýz
- studium chemického složení a struktury materiálů
- Laboratoř strukturních analýz
- studium chemické a fázové mikrostruktury a morfologie materiálů
- Laboratoř termických analýz
- charakterizace materiálů při vysokoteplotních procesech
- Laboratoř fyzikálně-mechanických analýz
- stanovení vybraných fyzikálních a mechanických vlastností materiálů
Skupiny uživatelů:
- výrobci a zpracovatelé anorganických pojiv,
- výrobci stavebních materiálů,
- výrobci technické a inženýrské keramiky,
- výrobci a uživatelé žáruvzdorných materiálů,
- uživatelé anorganických technologií,
- producenti systémů ochrany kovů proti korozi,
- uživatelé kovů v korozních podmínkách,
- univerzity a VaV organizace.
Vedoucí výzkumného programu: prof. Ing. Jaromír Havlica, DrSc.
1.2 Výzkumný program Transportní systémy a senzory
Výzkumná aktivita „transportní systémy“ je zaměřena na:
- Přípravu funkčních nanomateriálů a nanotechnologických zařízení a nosičových systémů pro medicínské, kosmetické, potravinářské, zemědělské a environmentální aplikace.
- Fyzikální chemii pro přípravu a charakterizaci vlastností systémů cíleného transportu biologicky aktivních látek, využitelných například v diagnostice, medicíně či péči o zdraví nebo životní prostředí obecně.
- Studium interakcí v koloidních soustavách a nanosystémech za účelem odhalení jejich schopnosti vázat biologicky aktivní látky do stabilního celku umožňujícího transport prospěšné aktivní látky na místo určení, nebo v případě škodlivé aktivity umožňujícího transport zastavit.
- Výzkum přípravy a vlastností konkrétní aplikační formy transportního systému. Návrh systémů pro potenciální praktické aplikace a příprava jejich funkčních vzorků nebo vzorků pro následné (především biologické, medicínské) testy.
Výstupy a výsledky této výzkumné aktivity budou tvořit:
- Poznatky základního charakteru týkající se agregačních a interakčních vlastností (bio)polymerů, důležité pro formulaci systémů cíleného transportu biologicky aktivních látek. Výstupem pro tyto výsledky budou publikace ve vědeckých časopisech.
- Poznatky nutné pro využití informací získaných ze základního v ýzkumu pro formulaci prakticky použitelných nosičových systémů, ať už samotných (např. léčivo) nebo jako součástí vyššího celku (např. kosmetický přípravek, přípravek pro hojení ran atp.).
- Nosičový systém pro následné biologicko-medicínské testy. Výstupem je samotný systém dodaný k testů na příslušné spolupracující pracoviště.
- Konkrétní nosičové systémy ve formě prototypu, funkčního vzorku nebo technologických podkladů. Forma výstupu bude určena dohodou s průmyslovými partnery a může mít např. formu patentu či jiné formy ochrany duševního vlastnictví nebo technologie zaváděné u průmyslového partnera.
Druhá výzkumná aktivita výzkumného směru vychází z první výzkumné aktivity, na kterou navazuje a rozvíjí ji. Cílem druhé aktivity je aplikační využití organických a biologických materiálů v optických, elektronických a senzorických zařízeních. Pro konstrukci těchto systémů budou využity různé druhy organických materiálů, jako jsou polymery, oligomery, nízkomolekulární látky, biologické a bioanalogické materiály a další. Základní charakteristikou těchto materiálů jsou jejich senzorické (polovodičové) vlastnosti, které umožňují nejenom nahradit ve stávajících aplikacích drahé anorganické polovodiče levnějšími organickými, ale dovolují rovněž vytvořit principiálně nové elektronické prvky a senzory. Příkladem nových vyvíjených elektronických prvků jsou organické „plastové“ solární články a osvětlovací panely anebo fotovoltaické textilie, které jsou na pracovišti vyvíjeny v rámci rozsáhlého evropského projektu.
Výsledkem aplikovaného výzkumu realizovaného ve spolupráci s firmami budou funkční vzorky a prototypy nových senzorických systémů a dalších zařízení. Kromě vývoje principiálně nových senzorických systémů a organických elektronických zařízení bude prvořadá pozornost zaměřena na inovaci stávajících produktů a zařízení, které jsou na trhu dobře uplatnitelné. Tato inovace může spočívat například v náhradě senzorů na bázi anorganických polovodičů levnějšími organickými, což by mělo výrazně zlevnit jejich výrobu. Další možnosti vývoje a inovací jsou založeny na využití potenciálu tištěné a organické elektroniky pro velkokapacitní produkci levných tištěných elektronických zařízení a senzorů.
Skupiny uživatelů:
- Firmy produkující nebo vyvíjející biologicky aktivní látky či jejich aplikační formy, zejména firmy farmaceutické, kosmetické, biotechnologické, potravinářské a agrochemické.
- Firmy působící v oblasti senzorické a diagnostické techniky.
- Odběratelé nových materiálů pro organickou a tištěnou elektroniku a senzory.
- Inovativní firmy a instituce využívající nové technologie z oblasti organické a tištěné elektroniky.
- Inovativní firmy zaměřující se na nanotechnologie.
- Firmy produkující nebo vyvíjející zdravotnické prostředky.
- Instituce klinického výzkumu a testování.
- Univerzity a VaV organizace.
Vedoucí výzkumného programu: doc. Ing. Martin Weiter, Ph.D.
