U Silicijskoj dolini na brdu iznad Zagreba spremaju se za svemirski program: Stvaraju senzore, diode, baterije i umjetne nosove...

Godišnji financijski izvještaji

Senzori za plin, sferni optički mikrorezonatori za senzoriku i lasere, IR fotodiode, litij-ionske baterije, LED diode iz čiste sobe… Sve to, a i još ponešto, proučava se i stvara u Laboratoriju za molekulsku fiziku i sinteze novih materijala pri Institutu Ruđer Bošković.

Poput samog instituta, i ovaj je laboratorij član Adriatic Aerospace Associationa, hrvatske udruge koja namjerava poslati Hrvatsku u svemir. No izrada vlastitog satelita samo je jedan od njihovih ciljeva. Oni žele objediniti svu hrvatsku pamet i uz državnu podršku aktivno se uključiti u projekte istraživanja svemira, ali i Zemlje, donosi autor članka Mladen Smrekar za tportal.hr.

‘Laboratorij ima 15 članova i pokriva nekoliko istraživačkih problematika’, objašnjava njegov voditelj, dr.sc. Mile Ivanda. U velikoj mjeri koncentrirani su na nanostrukturirani silicij, poluvodič koji proživljava svoju renesansu u istraživačkim laboratorijima širom svijeta.

Čudesna svojstva silicija

‘Silicij kao silicij, uvijek iznenadi nekim svojim svojstvima. Taman kad se pomisli da je sve poznato o njemu, otkrije se nešto novo’, tumači Ivanda. U ovom slučaju, kad se silicij strukturira na nanometarskoj skali, on pokazuje neka sasvim nova svojstva.

Eto, naprimjer, za razliku od makroskopskog silicija, nanočestice silicija mogu emitirati jako svjetlo kad se obasjaju laserom. Postoje ideje da se od silicija napravi laser ili dioda, ali to je još u eksperimentalnoj fazi. U suradnji s profesorom Niyazijem Sariciftcijem s Instituta za organske solarne ćelije u Linzu, ekipa s Ruđera pozabavila se pak fotodetektorom na bazi silicija koji vidi i vidljivu i infracrvenu svjetlost. Istraživali su i što se događa kad se silicij napravi u obliku nanožica.

Laboratorij se intenzivno bavi istraživanjima i primjenom vrlo osjetljive optičke metode za detekciju molekula u tekućinama, površinski pojačanim Ramanovim raspršenjem (SERS). Metodu su razvili do stupnja detekcije 10exp(-13) molarnih otopina.

‘Ta smo naša istraživanja primijenili na detekciji histamina u ribama’, kaže Ivanda. Pomoću malog, prijenosnog Ramanovog spektrometra moći će se na njegovu ekranu očitati i stotnina najmanje dopuštene koncentracije histamina.

Vlatko Gašparić podešava Ramanov spektrometar Izvor: tportal.hr / Autor: Matej Grgić

Komora za ispitivanje senzora

Proučavajući svojstva silicija, znanstvenici s Ruđera izradili su i vlastitu komoru za ispitivanje senzora, u kojoj se detektiraju male koncentracije plinova. Takve se komore inače izrađuju u Kini i imaju upute samo na kineskom jeziku.

‘Koštaju oko 60 tisuća eura, ali ih oni iz nekog razloga nerado prodaju izvan zemlje. Mi smo napravili vlastitu i vjerujemo da ćemo je uspjeti komercijalizirati’, nada se Ivanda.

Komercijalizacija temeljnih istraživanja i minulog znanja te izrada uređaja visoke tehnologije – ti se ciljevi poklapaju s novom politikom Instituta.

Doktorandica Matea Raić izradila je li-ionske baterije sa silicijskom anodom Izvor: tportal.hr / Autor: Matej Grgić

‘To je naš cilj u sljedećih godinu, godinu i pol – osnovati tvrtku koja bi izrađivala i zarađivala na komori za senzore, SERS podlogama i koloidima, Ramanovom spektrometru s novim svojstvima…’, nabraja Ivanda što bi sve mogla raditi tvrtka u kojoj bi se mogli zaposliti mladi inženjeri te koja bi surađivala sa stručnjacima s Ruđera. Pravila su jasna i već bezbroj puta prokušana u Sjedinjenim Državama.

‘Tvrtka bi surađivala s Institutom i uz naplatu koristila njegove uređaje. Tako koristi ima i Institut i tvrtka, ali i država, jer su se u tvrtki zapošljavaju novi ljudi koji izrađuju proizvode s visokom dodanom vrijednošću, a da Ruđer nikome ne plaća ništa’, objašnjava Ivanda ovaj poslovni model. ‘Pritom nema transfera novca od Ruđera prema tvrtki, što sprečava moguće zlouporabe’, dodaje.

Kako napraviti bateriju od silicija

U Laboratoriju za molekulsku fiziku i sinteze novih materijala rade i na sfernim optičkim rezonatorima. Razvili su cijelu tehnologiju obrade optičkih vlakna, rezanja, stanjivanja, izrade mikrosfera od različitih vrsta stakala… Posebno su koncentrirani na razvoj mikrolasera na bazi mikrorezonatora.

Voditelj laboratorija Mile Ivanda u razgovoru s Mladenom Smrekarom Izvor: tportal.hr / Autor: Matej Grgić

Eksperimentira se i s litij-ionskim baterijama u kojima se kao anoda koristi nanostrukturirani silicij. Baterije već postoje i sad im se povećava kapacitet.

‘Takve su baterije jako dobre za svemirsku tehnologiju, ali bi bile dobre i za automobile, pri čemu gustoća energije, težina baterije i vrijeme punjenja igraju glavnu ulogu. Tehnologiju smo potpuno savladali, a sad optimiziramo nanostrukture silicija prema najboljim svojstvima anode’, objašnjava Ivanda.

Stroj za izradu ledica

U garaži Instituta skoru instalaciju već neko vrijeme čeka masivni, dvije tone težak uređaj pomoću kojeg se izrađuju LED diode. U Kini postoje tisuće takvih uređaja i njima se izrađuje većina ledica na svijetu. Trenutno se rade na safirnoj podlozi, no premda je ta tehnologija već dosta usavršena, još uvijek ima dosta prostora za napredak.

Senzorska komora s boka: U pozadini se vidi i FTIR spektrometar Izvor: tportal.hr / Autor: Matej Grgić

‘Uređaj stoji u garaži i čeka da napravimo čistu sobu. U suradnji s ruskim parterima želimo razviti LED diodu na novoj, silicijskoj podlozi, desetak puta jeftinijoj od safirne’, otkriva Ivanda. Znanstvenici iz Sankt Peterburga uspjeli su napraviti LED diodu na siliciju; one svijetle već četiri-pet mjeseci i postoje dobre indicije da će dostići život sadašnjih LED dioda. ‘U suradnji s nama sad na našem uređaju žele izraditi novi tip ledica. Riječ je o projektu vrijednom stotine tisuća eura.’

Znanstvenici s Ruđera dugo su namjeravali kupiti takav uređaj, no sve bi ostalo na željama zbog njegove velike cijene: osnovni uređaj tvrtke Vaxis košta 1,7 milijuna eura, a to je iznos koji si Institut nije mogao priuštiti, unatoč tome što su proglašeni centrom izvrsnosti. No prilika se ukazala kad je Ivandin doktorand otišao na usavršavanje u Švedsku. Ubrzo se otkrilo da na tamošnjem institutu postoji ‘čista soba’ u kojoj ‘besposlen’ stoji MOCVD uređaj, a o kojem maštaju na Ruđeru. Uz želju za suradnju s hrvatskim laboratorijem na novim LED diodama, Šveđani su ga ustupili za simboličnih 50 tisuća eura.

Lara Mikac priprema SERS eksperiment Izvor: tportal.hr / Autor: Matej Grgić

‘Hrvatska je početnik u svemirskim istraživanjima; naš kolega Danko Bosanac prihvatio se teškog zadataka okupljanja i organiziranja znanstvenika koji se bave temama primjenjivim u svemirskim istraživanjima’, kaže Ivanda. ‘Te smo stvari radili i prije, no nismo znali jedni za druge. A to što radimo itekako je primjenjivo u svemiru. Recimo, litij-ionske baterije. Kad lansirate letjelicu u svemir, morate imati što je moguće lakšu bateriju jer svaki gram košta tisuće eura. A kad skupljate energiju pomoću solarnih panela, morate je negdje i spremiti.’

Umjetni nosovi

Isto vrijedi za senzore za plin, kakvi se rade na Ruđeru. U svemirskoj letjelici nikad ne znate kada bi neki kontakt mogao zaiskriti i izazvati katastrofu. Iskrenje zagrijava izolaciju koja otpušta određene plinove. A to se pak može detektirati vrlo osjetljivim senzorima.

‘U NASA-i rade nešto što se zove umjetni nos; senzore na bazi nanotehnologije, osjetljive na određene vrste molekula. I kad se ti senzori povežu u neuronsku mrežu, dobivate umjetni nos koji može registrirati različite molekule i poslati informaciju’, objašnjava Ivanda na čemu rade i na Ruđeru. Radi se i na detektorima svjetlosti i vrlo osjetljivim mikrorezonatorima za nove primjene u komunikacijama, radarskoj tehnici i navigaciji.

Hrvatska u svemirskom programu – nisu li ipak zagrizli prevelik zalogaj koji je teško sažvakati?

‘Od nečeg se mora početi. Je li prvo kokoš ili jaje, bolje u to ne ulaziti. Nego idemo mi napraviti ono što možemo’, uvjeren je Ivanda. ‘Kad smo se počeli baviti senzorima za plin, to se činilo kao znanstvena fantastika.’

Bitka za spas poluvodičke tehnologije

U poluvodičke tehnologije ekipa s Ruđera krenula je od nule. Tamo gdje bi se uskoro trebala dovršiti čista soba, uz već spomenuti MOCVD, dovezen iz Švedske, nalaze se stari RIZ-ovi uređaji za CMOS procesiranje. Propašću tvrtke krenula je i akcija spašavanja poluvodičke tehnologije u Hrvatskoj.

‘Bilo je ljeto i slučajno sam saznao što se događa pa sam na svoju ruku organizirao ruđerovski kamion da se ti evaporatori dovedu u Institut’, prisjeća se Ivanda. Neki su mislili da samo dovozi staru kramu koja nikad neće proraditi. No pomogli su mu ljudi iz bivšeg RIZ-a, poput Zdravka Bendekovića i Josipa Turkovića, koji su učinili sve da se prenesu znanja i vještine poluvodičkih tehnologija iz RIZ-a na istraživače u Ruđeru…

‘Krenuli smo od nule i uz njihovu pomoć na tim smo uređajima napravili puno diplomskih radova i doktorata. Sad smo u potpunosti ovladali tim tehnologijama i idemo korak dalje prema ozbiljnom poluvodičkom laboratoriju u Hrvatskoj, onom koji će se moći nositi sa svakim svjetskim laboratorijem’, najavljuje Ivanda.

Povezane novosti

Suradnja Ujedinjenih naroda i Narodne Republike Kine na korištenju Kineske svemirske postaje

26 lipnja, 2018

Prva najava mogućnosti svemirskih eksperimenata na Kineskoj svemirskoj postaji. PRIJAVITE SE TAKO DA PREUZMETE DOKUMENTACIJU,

Adria Space Conference: Primjena umjetne inteligencije u svemiru

23 svibnja, 2022

Istraživanje svemira i odlazak čovjeka u svemir je nezamisliv bez partnerstva umjetne inteligencije, budući da

Kanadski CubeSat Projekt

9 studenoga, 2017

Razvoj svemirske tehnologije i istraživanje jedne su od rijetkih, možda i jedine, aktivnosti koja je