Liberecká univerzita má elitu mezi mikroskopy. Přístroj za 45 milionů se dostane i pod povrch a nabízí 3D pohled na vzorek

Mikroskop kombinuje dva tubusy. Hlavní část tvoří elektronový tubus, který zajišťuje zobrazování v ultravysokém rozlišení. Druhý tubus je plazmový. Právě v něm je možné urychlit a přesně zacílit ionty xenonového plazmatu, které mohou odprašovat zkoumaný materiál, a vytvářet tak přesně lokalizované řezy přímo v komoře mikroskopu. Umožňují tak nahlédnout pod povrch materiálu.

„Na první pohled vypadá nový špičkový mikroskop jako běžný elektronový mikroskop, kterých jsou v rámci různých univerzit tisíce. Ve skutečnosti je to však unikátní nástroj pro nás vědce, jak přesně zkoumat vzorek materiálu a získávat o tomto materiálu nové informace, čímž se dostáváme k novým analytickým dimenzím. Je to něco opravdu nového. Jsme schopni zobrazovat v nanometrovém rozlišení a zároveň v komoře mikroskopu rovnou řezat nebo odprašovat materiál. Díky tomu se můžeme zaměřit nejen na povrch toho zkoumaného vzorku, ale podívat se dovnitř jeho struktury. Nespornou výhodou řešení je, že s využitím xenonových iontů jsme schopni řezat extrémně rychle a kromě toho nekontaminujeme vzorek kadmiovými ionty, které jsou využívané u standardních řešení,“ říká Mateusz Fijalkowski, vedoucí Oddělení pokročilých materiálů CXI TUL

Příprava řezu přitom zabere jen několik málo minut. „Mikrořezy do materiálu umíme dělat i jinak, ale je to proces na několik hodin a je potřeba do něj zapojit dalších asi pět technologií a zařízení. Výsledné zobrazení navíc nemuselo být vždy tak kvalitní. Co se týče efektivity přípravy a kvality řezu a také výsledného zobrazení, posouvá nový mikroskop Helios naši práci o několik řádů výš,“ podotýká Pavel Kejzlar, výzkumník a operátor elektronových mikroskopů v Laboratoři mikroskopie Oddělení pokročilých materiálů CXI TUL.

„Mikroskop je vybaven speciálním mikromanipulátorem, což si můžete představit tak, že jsme schopni přímo v komoře mikroskopu připravit tenkou lamelu, která má velikost 10x10x3 mikrometry. Tady pro představu přidám informaci, že běžný vlas má 50 až 90 mikrometrů. Takže je to opravdu velice jemný objekt, který jsme schopni z toho vzorku odebrat, navařit na to manipulátor a manipulovat s tím vzorkem přímo v komoře a přemístit ho uvnitř na další držák, kde probíhá ta chemická nebo strukturní analýza,“ dodává Fijalkowski.

Mikroskop je navíc vybavený celou škálou detektorů.

„Investice do tohoto mikroskopu je krokem kupředu v našich snahách o posílení výzkumných kapacit. Tento přístroj nám umožní dosáhnout vyšší úrovně detailu a preciznosti v našich experimentech a analýzách. Chceme-li udržet pověst Technické univerzity v Liberci jakožto světového pracoviště v oblasti výzkumu a vývoje nanomateriálů, musíme stále inovovat naše přístroje a vybavení. Jedině tak můžeme nabídnout našim partnerům špičkové konzultační služby a smluvní výzkum,“ říká Miroslav Černík, ředitel CXI TUL. Je přesvědčený, že o analýzy a možnosti zobrazení, které nový mikroskop nabízí, bude mezi průmyslovými partnery a firmami obrovský zájem.

„Ze zakázek pro firmy a instituce získává CXI okolo 50 milionů korun ročně a pro udržení takto vysokého objemu zakázek musíme průběžně inovovat vybavení našich laboratoří. Nemám pochyb o tom, že nejnovější mikroskop Helios k tomu přispěje, o zakázky na něm je zájem už nyní,“ dodává profesor Černík.

Úzká spolupráce s aplikační sférou je dlouhodobá devíza vědecko-výzkumné činnosti Technické univerzity v Liberci. Zatímco příjmy českých veřejných vysokých škol z výzkumu prováděného na zakázku pro podniky se v posledních letech pohybují okolo 4 % jejich celkových výdajů na výzkum a vývoj, v případě Technické univerzity v Liberci je tento objem až pětkrát vyšší. „Například loni jsme jako univerzita získali za tzv. smluvní výzkum 63 milionů korun, což činí přibližně 20 % našich celkových prostředků na vědu a výzkum. Je to nejlepší důkaz toho, že nejsme odtrženi od praxe a umíme dobře reagovat na poptávku firem a průmyslových partnerů. Kromě finančního bonusu to má pro naši univerzitu ještě další velmi vítanou přidanou hodnotu. Výzvy z aplikační sféry umíme převést do vědeckých zadání a také do výuky. Proto naše absolventky a naši absolventi nacházejí velmi snadno uplatnění na pracovním trhu a proto jsou, jak máme ověřeno, v podnicích užiteční a cenění,“ říká prorektor TUL Pavel Satrapa.

Nový mikroskop Helios na univerzitu doputoval poslední únorový den, další tři měsíce pak trvalo jeho zprovoznění, zapojení a seřízení. Tým, který na něm pracuje, se pak další měsíce učil s ním pracovat. „Než jsem byl schopen erudovaně udělat přesně to, co potřebuji, nastavit to, jak potřebuji, získat obraz, který mi ukáže, co potřebuji, trvalo to zhruba tři měsíce. A určitě nejsem na konci, stále je co se učit a stále přicházejí nové aplikace, které se vyvíjejí s požadavky firem, které nás oslovují,“ podotýká operátor mikroskopu Pavel Kejzlar.

A jaké konkrétní věci dle něj mikroskop umí? Pomáhá například firmám s analýzou jejich výrobků a odhaluje, kde udělaly firmy při jejich výrobě chybu. „Firma například vyrobí ozubené kolečko a přinese nám ho na analýzu. My ho prozkoumáme v mikroskopu a řekneme jim, jestli tepelné zpracování bylo optimální nebo by se s tím mělo dělat ještě něco navíc. Můžu díky novému mikroskopu také hodnotit třeba příčiny lomů. Jedna firma řešila, jestli problémem jejich výrobku je špatně svařený materiál. Materiál byl svařený celkem dobře, ono to neprasklo ve svaru, ale prasklo to v materiálu, který byl poblíž. Při svařování došlo k vnesení velkého množství tepla a nebyl dostatečný předehřev, v důsledku čehož došlo k prasknutí materiálu. A to je právě ten výsledek, který jim dokážeme díky mikroskopu říci. Co v tom procesu výrobu udělali špatně, že mají aplikovat předehřev při svařování a poté by tento problém měl vymizet,“ dodává Kejzlar.

Díky novému přístroji už také dokáží odhalit třeba mikropraskliny na povrchových vrstvách karoserií automobilů, které mají chránit před korozí. „Firmy neustále zkoušejí nové typy vrstev, řeší ale, že mají už při malém tváření tendenci praskat. Jde ale o trhlinky velmi malé, v řádech mikrometrů, jsou tedy několikrát tenčí než lidský vlas. Na dosavadních přístrojích bylo téměř nemožné tu trhlinku vůbec trefit, dnes je to díky novému mikroskopu otázka několika málo minut. Navíc jsem během toho času schopen i určit, do jaké hloubky ty prasklinky zabíhají, což je pro další využití klíčové, protože pokud zabíhají až do základní vrstvy, může docházet ke korozi, což na autě nechceme,“ popisuje další využití nového mikroskopu Kejzlar.

Ústav pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace Technické univerzity v Liberci pořídil nový mikroskop Helios 5 PFIB CXe díky dotaci z programu Interreg Česko-Sasko v rámci projektu SUPPORT4SME za 45.375.000 korun s DPH, výzkumný ústav hradil 20 % částky ze svých zdrojů.