Milan Heczko z Ústavu fyziky materiálů AV ČR v rámci svého JUNIOR STAR projektu navazuje na své předešlé úspěchy a pokračuje v inovativním výzkumu v oblasti vývoje slitin za pomoci 3D tisku, a to i ve spolupráci s americkou NASA. Projekt má potenciál nejen zaplnit mezery v dosavadních znalostech, ale také vyvinout novou slitinu s unikátními vlastnostmi.
Fascinace okolím a americká mise
„Vždy mě fascinovalo, jak věci kolem nás fungují, a toužil jsem tyto děje pochopit,“ vzpomíná řešitel Milan Heczko na počátky svého zájmu o fyziku. V rámci doktorského studia se pak začal specializovat na pochopení dějů ve strukturních materiálech, jako jsou například slitiny používané v tryskových motorech. Tyto jevy probíhají na škále od subnanometrových vzdáleností až po jevy pozorovatelné v rozsahu centimetrů. „Pochopení těchto dějů je klíčové, jelikož mají přímou souvislost s chováním a vlastnostmi materiálů v našem prostředí,“ říká Milan Heczko.
Jeho vědeckou kariéru nejvíce ovlivnilo Fulbrightovo stipendium, díky němuž v rámci doktorských studií strávil necelý rok na The Ohio State University v USA. Tam se později rozhodl vrátit a několik dalších let působil v prestižní vědecké skupině profesora Michaela J. Millse. „Během let strávených v USA jsem poznal mnoho úžasných lidí, přátele na celý život. V USA se také narodila má dcerka. Vždy budu mít na tuto část života nezapomenutelné vzpomínky,“ konstatuje řešitel.
Vývoj slitin s více hlavními prvky
V rámci pobytu na americké univerzitě se doktor Heczko věnoval primárně vývoji takzvaných slitin s více hlavními prvky. Na rozdíl od klasické metalurgie, kde převažuje jeden hlavní prvek a další prvky jsou zastoupeny v menším množství, tento relativně nový koncept pracuje se třemi a více rovnoměrně zastoupenými prvky – například chromem, kobaltem a niklem.
Jeho výzkum ho přivedl až ke spolupráci s NASA. „Podařilo se nám vyvinout novou slitinu NASA GRX-810 a ukázat potenciální cestu k objevení dalších nových materiálů s cíleně ‚naladěnými‘ vlastnostmi,“ říká řešitel projektu a upřesňuje: „Abychom vyvinuli tuto novou slitinu, použili jsme technologii 3D tisku kovů, díky které bylo možné vnést nanočástice oxidu yttria do vnitřní mikrostruktury materiálu, čímž došlo k jeho ‚zpevnění‘.“
V levé části kus materiálu, který byl vytištěn pomocí technologie 3D tisku kovů. V pravé části je detail mikrostruktury tohoto materiálu zobrazen elektronovým mikroskopem až na atomární strukturu jedné ze zpevňujících nanočástic.
Ambiciózní cíle projektu
Podpořený projekt JUNIOR STAR, který přímo navazuje na vyvinutou slitinu NASA GRX-810, má tři primární cíle. Prvním z nich je snaha o nahrazení kobaltu, který je významně zastoupen v původních slitinách. „Kobalt je strategická surovina, s jejíž těžbou a zpracováním je spojeno mnoho problémů, mimo jiné geopolitických, ekonomických, environmentálních a také etických. Chceme prozkoumat, do jaké míry a jakým způsobem jsme schopni tento prvek nahradit, aniž by to vedlo ke kritické ztrátě potřebných vlastností těchto materiálů,“ říká Milan Heczko.
Druhým z cílů projektu je pochopit chování nových materiálů při periodickém zatěžování neboli „únavě“ materiálu. To řešitel považuje za klíčové pro potenciální transfer svých výsledků do průmyslových aplikací.
Třetím z cílů je pak objasnění celé řady „knowledge gaps“, které se s 3D vytištěnými slitinami s více hlavními prvky a zpevněnými nanočásticemi pojí. „Naším cílem je identifikace a popis souvislostí mezi výrobními parametry, výslednou mikrostrukturou a makroskopickými vlastnostmi takto vyrobených materiálů,“ říká doktor Heczko.
Špičkové zázemí v Brně a mezinárodní spolupráce
Výzkum probíhá na Ústavu fyziky materiálů AV ČR v Brně, který vědcům poskytuje zázemí pro materiálovou charakterizaci. „Díky špičkové infrastruktuře máme možnost zkoumat jevy odehrávající se v materiálech na mnoha různých prostorových škálách a sdílet tyto poznatky s celosvětovou odbornou komunitou. Tímto způsobem přispíváme k vývoji nových materiálů s vlastnostmi cíleně laděnými pro konkrétní aplikace,“ vysvětluje doktor Heczko důležitost kvalitního zázemí. Zdůrazňuje také, že špičkový výzkum nelze provádět bez mezinárodní spolupráce. V rámci svého projektu tak kromě odborníků z USA spolupracuje také s kolegy z Německa a Francie.
I když se jedná o výzkum základní, má projekt vysoký potenciál pro průmyslové aplikace. To dokazuje i úspěch slitiny NASA GRX-810. „Jako malý kluk jsem si hrával s malým modelem raketoplánu s logem NASA. V té době by mě ani náhodou nenapadlo, že se jednou budu podílet právě s NASA na vývoji materiálu, který představíme v časopise Nature a který se jednou dostane do vesmíru,“ dodává o slitině, která se dočkala i komerčního využití, doktor Heczko.
Zleva: Dr. Timothy M. Smith (NASA), prof. Michael J. Mills (The Ohio State University), prof. Jean-Philippe Couzinié (University Paris Est Creteil, CNRS, ICMPE, UMR 7182) a Dr. Milan Heczko (ÚFM AVČR)
JUNIOR STAR
Granty JUNIOR STAR jsou určeny pro excelentní začínající vědce, kteří získali titul Ph.D. před méně než 8 lety a kteří již publikovali v prestižních mezinárodních časopisech a mají významnou zahraniční zkušenost. Díky pětiletému financování s možností čerpat až 25 milionů Kč umožňují granty JUNIOR STAR vědecké osamostatnění a případné založení vlastní výzkumné skupiny. Na podporu dosáhne pouze zlomek podaných projektů. Pro rok 2024 bylo podpořeno pouze 17 z celkových 175 návrhů projektů.