Zrychlují počítače, vyvíjejí nové materiály nebo předvídají vývoj společnosti

Mezi oceněnými je například Jan Berger z Fyzikálního ústavu AV ČR. Zabývá se specifickým chováním elektronů, atomů a molekul. Tato oblast výzkumu nachází uplatnění například v navigaci nebo v mobilních telefonech. Bergerovi se podařilo demonstrovat první řízený přenos elektronu v rámci molekuly. Jde o přelomový výzkum, protože poznatky z tohoto experimentu mohou urychlit nástup kvantových technologií jako třeba obrovské zrychlení počítačů. „Tyto procesy přenosu náboje jsou často ovlivňovány dynamikou jejich molekulárního nebo atomového prostředí a jsou doprovázeny ztrátou energie do tohoto prostředí. Podrobné pochopení těchto procesů je zásadní pro jejich řízení a možné využití v budoucích technologických aplikacích,“ objasňuje Berger.

Mladý fyzik provedl náročné měření pomocí rastrovací mikroskopie a podepsal se tak jako první autor článku publikovaného v prestižním vědeckém časopise Nature Communications.

Prémii Otto Wichterleho získá i Zuzana Morávková z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR. Čím více budeme podle ní vědět o molekulární struktuře materiálů, tím hlouběji pochopíme jejich vlastnosti a budeme jejich chování moci předvídat a ovlivňovat. „Význam mojí práce nejlépe shrnuje fakt, že ve vědě je potřeba nejen vyrobit, ale především pochopit. Analýza materiálů nám přináší informace o tom, jak fungují, proč mají takové vlastnosti, jaké mají, a umožňují nám určit směr, kam se posunout dál,“ vysvětluje oceněná chemička a dodává: „Materiálový výzkum je týmová práce. Někdo potenciálně zajímavé materiály připravuje, někdo analyzuje jejich praktické vlastnosti (vodivost, povrch, antibakteriální působení), někdo jejich molekulární strukturu (jak vypadají molekuly materiálu a jak na sebe vzájemně působí). Mým úkolem je právě studium molekulární struktury.“

Rozsáhlý aplikační potenciál Morávková vidí například v nanostrukturovaných vodivých polymerech. Konkrétně se Morávková věnuje vývoji vodivých inkoustů: „Když se vodivý polymer připravuje v přítomnosti nějakého stabilizátoru, vznikne koloidní roztok. Částice polymeru jsou v rozpouštědle stabilizovány a nesedimentují. Koloid se pak použije jako inkoust pro tisk,“ vysvětluje vědkyně.

„Pokud mají polymerní částice koloidu protáhlý tvar, je výsledná natištěná vrstva lépe vodivá, než když jsou částice kulaté. To je ta nanostruktura. Dlouhá vlákna snáz vytvoří propojenou strukturu vzájemně se dotýkajících částic. Kolegové pod vedením dr. Bober se zabývají přípravou právě takových systémů za pomoci různých barviv, která dokáží ovlivnit tvar částic vodivého polymeru. Mým příspěvkem je analýza, proč a jak různá barviva takové částice, jaké vytváří,“ objasňuje Morávková, která se teď chystá na studium molekulární struktury polyindolu: „Polyindol je vodivý polymer, strukturou blízký biologickým látkám, jako je dopamin. Má velký potenciál využití v praxi pro svou výjimečnou stabilitu. Pochopení základních procesů, které ve vodivým polymerem mohou probíhat, a jejich provázání se znalostí molekulární struktury ale prakticky chybí.“ Morávková věří, že se jí to podaří odhalit.

Dalším oceněným je i František Lukáč z Ústavu fyziky plazmatu AV ČR, který se věnuje materiálovému výzkumu. Zkoumá dění ve slitinách a jejich chování za nastavených podmínek. „Materiály s vysokou teplotou tání můžou být využity například ve fúzních reaktorech v místech, kde může dojít k nechtěnému dotyku žhavého plazmatu s komorou,“ vysvětluje Lukáč a pokračuje: „Můžou vzniknout slitiny se specifickou kombinací mechanických vlastností a odolností vůči vysoké teplotě a vnějšímu prostředí nebo materiály s vysokou kapacitou pro uchovávání vodíku v hydridu kovu.“

Princip podle Lukáče spočívá v tom, že vlastnosti součástky se dají ovlivnit nejen výběrem materiálu, ale i optimalizací jeho tepelného a deformačního zpracování: „Výsledný obsah přítomných fází, velikost zrn a koncentrace defektů nazýváme mikrostruktura materiálu. Ta rozhoduje o výsledné kombinaci různých fyzikálních vlastností, která může být překvapivá vzhledem k možnostem komerčních slitin na bázi jediného prvku, třeba hliníku či titanu. V novém odvětví materiálového výzkumu se míchá stejnoměrný poměr pěti kovů třeba práškovou metalurgií a vznikají tak neprobádané multikomponentní slitiny,“ objasňuje fyzik.

Ten teď plánuje optimalizovat přípravu slitin pro různé použití. „Poslední roky se výzkumníci věnovali výběru nejvhodnějších kandidátů z nové rodiny multikomponentních slitin a je načase je srovnat s používanými superslitinami.“ Lukáč teď například pracuje na vlivu precipitátů oxidů a jemnozrnné mikrostruktury na korozní vlastnosti těchto slitin.

A věří, že jím navrhovaná řešení se do praxe můžou dostat poměrně rychle: „Díky obrovskému pokroku v práškové aditivní výrobě může být teď nástup nových materiálů v malém měřítku nebývale rychlý. O materiálech ve fúzních reaktorech je v projektech typu ITER rozhodnuto roky dopředu, ale pro příští projekty by se námi navrhované alternativy mohly uvažovat.“

Lukáč své vědomosti nabízí i firmám. Zkoumá fázové složení korozních produktů na slitinách nebo nástřicích určených do elektráren. Vysvětlují se tím možné mechanismy koroze a firmy na základě výsledků rozhodují o povrchové úpravě a o složení slitin pro prodloužení životnosti součástek.

Oceněnou je i Zuzana V. Harmáčková z Ústavu výzkumu globální změny AV ČR – CzechGlobe, která zkoumá scénáře budoucího sociálně-ekologického vývoje. „Scénáře budoucího vývoje fungují podobně, jako když podnikáme a rozmýšlíme si, jaký vývoj by mohl nastat v budoucnu, co všechno by mohlo hrát roli, které verze budoucího vývoje by nám vyhovovaly, které méně, a co musíme udělat, abychom dosáhli těch lepších,“ vysvětluje své vědecké zaměření Harmáčková a pokračuje: „Scénáře jsou pak odrazem tohoto uvažování na celospolečenské rovině, ať už na úrovni měst, států nebo mezinárodních organizací. V praxi to znamená, že spolupracujeme s odborníky z různých oborů, s politiky i se zástupci veřejnosti a analyzujeme, na jaké alternativy je dobré se připravit, a co jako společnost můžeme dělat pro to, abychom dosáhli budoucnosti, ve které se nám bude žít lépe.“

Harmáčková upozorňuje, že pro Českou republiku byly již vytvořeny např. scénáře klimatické, ale stále nám chybí celkové scénáře vývoje společnosti a přírodního prostředí. Chybí nám tak důležitý podklad ke strategickému rozhodování pro státní správu i soukromou sféru. Právě na tyto scénáře by se Harmáčková v budoucnu ráda zaměřila.