Hierarchicky strukturované nanokompozity: od jednotlivosti k celku

Abstract

Specifické vlastnosti kompozitních nanomateriálů se odvozují od velikosti částic, respektive alespoň jednoho charakteristického rozměru základních jednotek materiálu, který má dle všeobecně přijímané a uznané definice být menší nebo roven 100 nm a větší nebo roven 1 nm. Z této definice existují výjimky, lze najít příklady materiálů s charakteristickým rozměrem větším, nebo menším. Kromě částicového plniva, strukturování materiálu v rozměrech nanometrů ovlivňuje také vlastnosti makromolekulární komponenty (matrice) kompozitu. Samotná měřítková škála, na které vyvstávají různé jevy a vlastnosti polymerních i anorganických materiálů spojené s nanorozměry, je však mnohem pestřejší. Různé jevy se uplatňují na větších i menších rozměrech a mnohdy se vyskytují pospolu, takže jeden systém, který je vystavěn od nejmenších částí až do velkého celku agregátu nebo aglomerátu, má vícero funkcí nebo vlastností podmíněných měřítkovými efekty. Hierarchie funkce tak následuje hierarchii strukturní, respektive morfologickou, tedy jednotlivé efekty se uplatňují na úrovních hierarchicky uspořádaných podle velikostní škály. Tyto vzájemné souvislosti mohou vést k synergii, a to v pozitivním i v negativním smyslu. Proto je třeba o nanomateriálech přemýšlet, a také je zkoumat, ze dvou úhlů pohledu – jednak jako o projevu příslušného rozměru, a dále také jako o součásti zapojené do specifické hierarchie. Tento způsob kladení otázek přispívá nejen ke komplexnějšímu vědeckému porozumění problematice, ale také umožňuje zlepšovat cílenou přípravu takových systémů, tedy technologii. V tezích přednášek ke jmenování profesorem jsou vtěleny hlavní výsledky výzkumů uchazeče v oblasti nanokompozitů, kde je nejčastějším zvoleným plnivem oxid zinečnatý, a to díky jeho schopnosti tvořit hierarchicky organizované struktury a současně příhodné kombinaci elektronických vlastností a od nich odvozených funkcí, jako jsou antimikrobiální účinek, fotokatalýza, fotoelektrochemická aktivita, elektroluminiscence, transdukční funkce v senzorech, a dalších vlastností, které se uplatní v kombinacích s vhodnými polymerními matricemi, případně i bez nich. Tyto studie tvoří červenou niť, vinoucí se prací uchazeče na UTB od jeho habilitace v roce 2009. V rámci Centra polymerních systémů (CPS) byla vybudována výzkumná skupina, experimentální základna, vyškoleno patnáct doktorandů, tato snažení byla podpořena řešením mnoha projektů a po dosažení kritické mohutnosti studia této problematiky na CPS byla získána akreditace studijního programu Nanotechnologie a pokročilé materiály v roce 2016. Tento program byl posléze úspěšně reakreditován v rámci institucionální akreditace UTB v oblasti Chemie. Současně s hlavním předmětem zájmu byly rozbíhány další větve výzkumů pod vedením mladších kolegů. Budoucí vize oboru jako celku na CPS i vlastní výzkumná vize uchazeče se pak zaměřuje na pokročilé trvale udržitelné materiály a technologie v průmyslu příznivém pro životní prostředí a pro aplikace ve zdravotnictví.