TUL nabízí nový studijní program Nanotechnologie

Více informací na webové stránce: http://nano.tul.cz/

Úvod

Akreditační komise MŠMT ČR udělila v listopadu 2008 Technické univerzitě v Liberci (TUL) akreditaci pro nový mezioborový studijní (tříletý bakalářský a dvouletý navazující magisterský) program Nanotechnologie, obor Nanomateriály. Garantem je fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií. Svoji roli při udělení akreditace jistě hrály světově uznávané úspěchy ve výzkumu v oblasti nanovlákenných technologií na TUL. Jedním z nejvýznamnějších bylo v roce 2004 zvládnutí technologického postupu elektrozvlákňování – elektrospinningu pro průmyslovou výrobu nanovláken řešitelským týmem profesora Oldřicha Jirsáka a následné konkrétní aplikace ve spolupráci s libereckou firmou Elmarco.

Současný výzkum na TUL v oblasti nanomateriálů a nanotechnologií se zaměřuje nejen na zdokonalení a konkrétní aplikace technologie nabízené Elmarcem. Zahrnuje také speciální povrchové úpravy, vývoj nanokompozitů, využití nanovláken a nanočástic v medicíně, při sanačních procesech atd. To vše bude obsahovat nový studijní obor.

Co to jsou nanotechnologie

Moderní technologie, zabývající se vytvářením a studiem vlastností objektů s rozměry mezi tisícinou a miliontinou milimetru. Při těchto rozměrech se vlastnosti látek dramaticky mění, a nabízejí proto nové možnosti pro uplatnění v mnoha oborech. První vizi nanotechnologií předložil v roce 1959 americký fyzik Richard Feynman. K masovému používání této technologie ale tehdy nedošlo. Hlavní příčinou je složitost průmyslové výroby nanomateriálů . V oblasti nanovláken ke zvratu došlo, když na TUL vznikla technologie elektrospinningu – elektrozvlákňování roztoků polymerů ve stejnosměrném elektrostatickém poli o vysoké intenzitě.

Zahájení výuky studijního programu Nanotechnologie

říjen 2009

Termín podání přihlášek

Pro 1. kolo: 31. březen 2009, pro 2. kolo: 14. srpen 2009

Zajištění výuky

Výuku v programu Nanotechnologie budou zajišťovat odborníci ze čtyř fakult TUL (fakulty strojní, fakulty textilní, fakulty mechatroniky, informatiky a mezioborových studií a fakulty přírodovědně-humanitní a pedagogické). Na výuce se bude podílet také Fyzikální ústav Akademie věd ČR, na kterém bude probíhat i část praktické výuky a studenti budou mít možnost zapojit se do výzkumných úkolů FÚ v rámci diplomových prací. Toto přední akademické pracoviště vyvíjí řadu aktivit v oblasti výzkumu nanotechnologií a nanomateriálů, zejména pro aplikace v elektronice a optice.

Přijímací řízení

Uchazeči budou do bakalářského studia přijímáni na základě výsledků přijímacích testů, přičemž bude též přihlíženo k prospěchu na střední škole. Přijímací testy pro obor Nanomateriály jsou z matematiky a (podle výběru uchazeče) z fyziky nebo chemie. Uchazeči z gymnázií a středních průmyslových škol elektrotechnických, resp. chemického zaměření, kteří z předmětů matematika, fyzika, případně chemie mají po celou dobu studia průměrný prospěch do 2,00 včetně, budou přijati bez písemné zkoušky, pokud složili maturitu ve stejném roce, kdy žádost o přijetí ke studiu podávají.

Uchazeči o studium navazujícího magisterského oboru Nanomateriály budou přijímáni na základě výsledků motivačního pohovoru před komisí. Do navazujícího studia budou přijímáni absolventi přírodovědných a technických bakalářských studijních programů vysokých škol z ČR i ze zahraničí.

Charakteristika studijního oboru Nanomateriály

Jedná se o výrazně multidisciplinární studium, které se opírá o výsledky univerzitních pracovišť v oblasti výzkumu a vývoje nanomateriálů a jejich aplikací. Studijní plán usiluje o vyváženost teorie a praktických dovedností zařazením množství laboratorních cvičení a experimentálních metod studia struktury a vlastností nanomateriálů.

1. Tříleté bakalářské studium, titul bakalář (Bc.)

Podmínkou přijetí ke studiu v bakalářském studijním programu je úplné střední vzdělání (maturita), resp. odpovídající vzdělání zahraniční. Studium poskytne posluchačům informaci o vývoji oboru, přehled o různých typech nanomateriálů, jejich vlastnostech a využití v praxi. Pozornost je věnována metodám přípravy nanostruktur, experimentálním metodám jejich studia a charakterizaci jejich užitných vlastností. Cílem studia je připravit absolventy na pracovní uplatnění v materiálovém výzkumu a v řízení moderních provozních technologií v různých odvětvích průmyslu se vztahem k nanotechnologiím. Absolvent je připraven na navazující magisterské studium v oboru Nanomateriály.

2. Dvouleté navazující magisterské studium, titul inženýr (Ing.)

je určeno absolventům bakalářského programu Nanomateriály a absolventům bakalářských studijních oborů se zaměřením na aplikovanou fyziku, aplikovanou chemii, moderní materiály a technologie. Obsahuje pokročilé metody studia struktury a vlastností nanomateriálů. Teoretické předměty zahrnují studium elektronové struktury, optických a magnetických vlastností a zabývají se vztahem vlastností nanomateriálů k jejich funkčnosti. Důraz je kladen na experimentální metody a laboratorní práce. Cílem studia je připravit výzkumné pracovníky nebo technology v průmyslových podnicích, popř. ve výzkumných institucích, které se zabývají vývojem, výrobou nebo aplikacemi moderních materiálů, zvláště nanomateriálů.

3. Doktorské studium

Předpokládá se, že část absolventů bude pokračovat v doktorských studijních programech na TUL v existujících doktorských programech: Materiálové inženýrství, Fyzikální inženýrství, Textilní inženýrství, Přírodovědné inženýrství, popř. v doktorském studiu na Fyzikálním ústavu AV ČR.

Zapojení studentů do vědecké práce

Do vědecké práce v oblasti nanotechnologiích se na TUL zapojují již nyní hlavně studenti doktorských studijních programů. Například Irena Šubrtová úspěšně na fakultě trojní TUL obhájila disertační práci, ve které zkoumala a hodnotila kompatibilitu tenkých vrstev a živé tkáně. Principům vybraných metod holografické interferometrie jako účinnému nástroj pro měření nanodeformací a nanovibrací se na FM TUL v laboratoři laboratoře optických metod měření věnuje doktorand Vít Lédl. O výzkumu v oblasti nanotechnologií se zajímají také zahraniční studenti. Například polský student FS TUL Zbigniew Rozek pracuje na disertační práci na téma Modifikace povrchu nanotextilie uhlíkovými vrstvami. Vietnamsky doktorand FT TUL Anh Tuan DAO se zabývá mechanismy a proměnnými elektrostatického zvlákňováni technologii Nanospider.

Zaměření výzkumu v oblasti nanotechnologích na TUL

I. Nanovlákna

Nanovlákna mají průměr 50-500 nanometrů. Očekává se, že přinesou revoluci v medicíně, automobilovém průmyslu, kosmetice, energetice, ekologii

Fakulta textilní

Vývoj se soustředí na hledání nových aplikací:

Pokračuje spolupráce s firmou Elmarco, se kterou má TUL podepsanou licenční smlouvu
Výrobky ke krytí ran mají hojivé účinky od zastavení krvácení po zabránění mokvání či přístupu bakterií a nečistost. Možnost dát do obvazu léčivé látky, které se postupně uvolňují a ničí bakterie v okolí rány.
Chirurgické materiály, které zabrání srůstu některých tkání.
Vývoj speciálních materiálů pro medicínu zaměřených na implantáty. Katedra netkaných textilií spolupracuje s Ústavem biofyziky a Ústavem neurověd 2. lékařské fakulty v Praze – Motole a s Ústavem experimentální medicíny a Ústavem makromolekulární chemie Akademie věd. Pod vedením profesora Davida Lukáše pracuje na vývoji speciálních materiálů (scaffoldů), které budou sloužit jako „lešení“ pro pěstování tkáňové kultury buněk lidské chrupavky. Scaffold, se osází buňkami pacienta a vypěstuje se na něm mimo tělo pacientova jeho vlastní plnohodnotná tkáň – může to být kostní tkáň, nervová tkáň, chrupavka nebo jaterní buňky. TUL se zaměřuje na scaffoldy vhodné pro kolenní chrupavkové implantáty a pro náhrady jaterní tkáně.
Filtrační materiály – jsou založeny na využití velkého měrného povrchu nanovlákenných materiálů. Díky tomu zachycují daleko větší množství částic, což znamená nadstandardně účinnou filtraci vzdušnin a vod. Nanovlákenné filtry jsou vhodné pro vysoce účinnou filtraci malých částeček, jako jsou například bakterie, viry, jemný prach, pyl, tabákový kouř, jsou součástí lékařských roušek.
Stavební materiály a materiály pro automobilový průmysl – protihluková řešení
Vědecký tým profesora Davida Lukáše vybudoval a dále rozvíjí zcela novou teorii, která vysvětluje fyzikální principy patentu elektrostatického zvlákňování z volných povrchů kapalin.

Spolupráce FT a Fakulty mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Nanovlákna, vyvíjená na Fakultě textilní TUL, jsou povrchově modifikována tak, aby sloužila jako filtrační média pro odpadní plyny či vodu; jsou pokovována a využívána jako katalyzátory pro různé chemické procesy; nebo využívána jako nosiče pro bakterie (biodegradéry), které jsou schopny likvidovat různé typy znečištění v odpadních vodách.

II. Nanočástice

Fakulta mechatroniky,informatiky a mezioborových inženýrských studií – Nanočástice železa

Výzkum nanočástic železa a jejich využití pro řešení problémů životního prostředí. Zaměřuje se na využití těchto nanočástic v oxidačně redukčních reakcích při sanačních procesech. Jedná se o likvidaci znečištění podzemních, povrchových i odpadních vod od kontaminantů jako jsou šestimocný chróm, organická rozpouštědla či polychlorované bifenyly PCB. Realizuje projekt v rámci Výzkumného centra pokročilých sanačních technologií – má již sedm pilotních ověření v terénu, například v Kuřivodech..

Šestivalentní chrom je rozpustný ve vodě, a vyznačuje se proto velkou migrací. Je jedovatý a karcinogenní a pokud se dostane ke zdroji pitné vody, znamená proto velké zdravotní riziko. Elementární železo je schopné vyvolat oxidačně redukční reakci, při které se mění kontaminant na méně toxickou látku, nebo se v podzemí stabilizuje tak, aby kontaminace dále nemigrovala. Například redukce mocenství chromu ze šesti na tři. Trojvalentní chrom je méně rozpustný i méně pohyblivý, vysráží se a kontaminovaná voda se stane opět pitnou.

Probíhají laboratorní pokusy na odstranění znečištění arzénem, ukazuje se, že po reakci s nanoželezem se snižuje jeho rozpustnost vazbou na vznikající oxidy železa Nadějně vypadají také experimenty reakcí nanočástic železa s šestimocným uranem, který nadlimitně vytéká z některých uranových dolů. Ten se po reakci s nanoželezem vysráží jako méně toxický čtyřmocný prvek.

Problematika možného ovlivnění životního prostředí rozptylem nanočástic je také velmi důležitý prvek jejich použití. Cílem je zjistit obecně rizika nanočástic na zdraví a životní prostředí: modelováním procesů migrací nanočástic ve vodách (koloidy) a rozptyl pevných nanočástic v ovzduší (aerosoly)

Nanobambule, čili smotky nití obalených nanovlákny ve tvaru bambule, které se ukazují jako velmi nadějné nosiče pro mikroflóru, která má bioremediační vlastnosti pro odpadní průmyslové vody. Opět se zda využívá unikátních vlastností nanovláken a jejich obrovského měrného povrchu. Problematika je součástí úspěšného projektu, který je financován v rámci Národního programu výzkumu II MŠMT i mezinárodního projektu FP7.

III. Tenké vrstvy a kompozity

O tenké vrstvě hovoříme, pokud se jedná o materiál o tloušťce od několika desítek nanometrů až po několik mikrometrů, který je vytvořený na základním materiálu tj. substrátu.)

Fakulta strojní

Vědecké týmy pracující v oblasti materiálového inženýrství se zaměřují na nanokompozity a modifikace povrchu, zejména na výzkum tenkých vrstev a jejich aplikací.

V oblasti nanokompozitů se jedná především o kompozity s uhlíkovou či polymerní matricí vyztuženou uhlíkovými vlákny. Jsou považovány za perspektivní např. pro konstrukci kostních a kloubních náhrad a kostních implantátů

Zaměření výzkumu:

technické aplikace
- třecí dvojice
- bariérní vrstvy
řezné nástroje
- atd…
medicínské aplikace
- aplikace různých alotropických modifikací uhlíku v medicíně (výborná biokompatibilita uhlíkových vrstev)
- diamantový prášek (vysoké protizánětlivé účinky a biokompatibilita)
- povlaky na implantátech
- atd.

Spolupráce FT a Fakulty přírodovědně-humanitní a pedagogické

Katedra chemie věnuje pozornost přípravě nanovrstev metodou sol-gel pro různé aplikace, například ovlivnění vlastností povrchu textilií nebo senzorové vrstvy reagující na přítomnost vlhkosti a nebezpečných plynů a par. Senzory s nanovrstvami jsou určeny zvláště pro využití v inteligentních textiliích pro kontinuální sledování mikroklimatu v oděvech i složení okolního prostředí (speciálních lékařské, vojenské, záchranářské, ochranné oděvech a sportovní oděvy. Polymerní roztoky připravené metodou sol-gel byly úspěšně poloprovozně zvlákněny elektrostatickým zvlákňováním podle patentu TUL a připravená nanovlákna z čistého oxidu křemičitého jsou velmi perspektivní pro řadu aplikací v materiálovém inženýrství, například jako součást kompozitů.

Využití nanotechnologií a nanomateriálů je velmi rozsáhlé. Příklady:

elektronika – paměťová média, spintronika, bioelektronika, kvantová elektronika
zdravotnictví – cílený transport léčiv, umělé klouby, chlopně, náhrada tkání, desinfekční roztoky nové generace, analyzátory, ochranné roušky
strojírenství – supertvrdé povrchy s nízkým třením, samočisticí nepoškrabatelné laky, obráběcí nástroje),
stavebnictví – nové izolační materiály, samočistící fasádní nátěry, antiadhezní obklady),
chemický průmysl – nanotrubice, nanokompozity, selektivní katalýza, aerogely, kosmetické krémy a laky s UV filtrem
textilní průmysl – nemačkavé, hydrofobní a nešpinící se tkaniny
elektrotechnický průmysl – vysokokapacitní záznamová média, fotomateriály, palivové články
optický průmysl – optické filtry, lasery a LED, fotonické krystaly a fotonická vlákna, integrovaná optika
automobilový průmysl – nesmáčivé povrchy, filtry čelních skel
kosmický průmysl – katalyzátory, odolné povrchy satelitů
vojenský průmysl – nanosenzory, konstrukční prvky raketoplánů
životní prostředí – biodegradace, odstraňování nečistot, značkování potravin

Liberec 20. ledna 2009

PhDr. Jaroslava Kočárková
Mluvčí Technické univerzity v Liberci
Telefon: 485354209
Mobil: 602770114

20. ledna 2009