A közelmúltban fejezte be a VBK Kolloidkémia Csoportja az uniós forrásból támogatott vizsgálatait.

„A kolloid szerkezetű fényáteresztő rétegek több mint egy évtizede az érdeklődési körünkbe tartoznak” – beszélt a kezdetekről Hórvölgyi Zoltán, a Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar (VBK) Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék egyetemi tanára, a Kolloidkémia Csoport vezetője. A kutatók a közelmúltban fejezték be a két évig tartó közös munkát a Hungaro Lux Light Kft.-vel, amely régóta árusít – elsősorban export céljából – LED világítástechnikai termékeket. Főként kültéri lámpabúrákat készítettek a fényforrásokhoz, ezért a cég jelentkezett a tevékenységéhez kapcsolódó, Európai Unió Horizont 2020-as programjának felhívására. „A célunk az volt, hogy a védő lámpaburák fényáteresztő képességét növeljük” – emlékezett a kutató, hozzátéve: „ezt kétféle módon lehet megtenni: egyrészt a búra geometriájának kialakításával, másrészt – és ez volt a mi feladatunk – fizikai-kémiai eszközökkel, a fényáteresztést növelő bevonatokkal, amelyekkel akár 15%-os növekedést is elérhetünk”.

A pályázatban a Kolloidkémiai Csoport nevesítve szerepelt: a BME szakemberei már akkor számítottak kutatói tudásukra, amikor a projekt körvonalai még csak halványan látszottak. Az ilyen típusú mérnöki fejlesztések általában csapatmunkát igényelnek, ezért a konzorciumban más szereplők, például az MTA tudósai, valamint egy spanyol cég is részt vállalt. A kis magyar vállalkozás célja az volt, hogy szabadalom szülessen, amelyet az elmúlt évben be is nyújtottak, nevesítve abban a Műegyetem kutatóit.

„Sokan találgatják, hogy egyáltalán miképpen kerül egy vegyész optikai fejlesztésbe, fényáteresztő bevonatok készítésébe” – osztotta meg velünk a korábban felmerülő kérdéseket Hórvölgyi Zoltán. „Mi kolloidkémikusok vagyunk, divatos szóval nanokémikusok” – adta meg a választ, hozzáfűzve, hogy a kolloid rendszerek nanoméretű részecskékből épülnek fel, azaz nanoszerkezetűek. A kolloid rendszerek olyan anyagi halmazok, amelyekben nanoléptékű diszkontinuitások vannak. E halmazokat felépítő kolloid részecskék (ún. mikrofázisok, makromolekulák, micellák) mérete ugyanis 1 és 1000 nm közé esik, ami sajátos fizikai-kémiai tulajdonságokat eredményez. Az anyagcsoport számtalan gyakorlati alkalmazása közül a kutatók már a 2000-es évek óta foglalkoznak a fényáteresztő képességet növelő – kolloid- és határfelületi módszerekkel kialakított – rétegek vizsgálatával. Ezek működésének az optikai-fizikai hátterét a fény áthatolásakor kialakuló interferenciajelenségek alkotják.

A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy szilícium-dioxid vékonyréteget kell folyadékközegben mártásos eljárással (angolul„dip-coating”) a tisztított felületre felvinni – beszélt a részletekről Albert Emőke a tanszék adjunktusa, aki a kezdetektől részt vett a munkában. „Ennek során bemerítjük a szilárd hordozót – azaz a lámpabúrát – a kolloid folyadékba, majd meghatározott sebességgel kihúzzuk. A kolloid méretű, és szilárd szemcséket tartalmazó szuszpenzió feltapad a világítótestre, amelyet később különféle utókezeléseknek vetünk alá: ún. vázerősítést végzünk ammóniás légtérben, és utána következik a hőkezelés és az extrahálás. A felvitt anyag megfelelő alkotórészeinek eltávolításával alakulnak ki pórusos szilícium-dioxid vékonyrétegek a felületen. Mivel a bemerítésnél a búra mindkét oldalára felkerül az anyag, a működéskor a két réteg hatása összeadódik” – részletezte a munkafázisokat.

A kutatók műanyagfelületeken (polikarbonáton) képeztek rétegeket, amelyek több évig megőrzik előnyös fényáteresztő képességüket. A megrendelő cég jelenleg az eljárás léptékének növelését dolgozza ki: a tanszéki laborban egyszerre 200 milliliter szuszpenziót készítettek a szakemberek, a vállalatnak viszont a gyártáshoz akár 20 literre is szüksége lehet.

„Az együttműködés a közelmúltban ugyan lezárult, de a tanszéki vékonyréteg-kutatások különböző irányokban tovább zajlanak, és a magyar céggel sem szűntek meg kapcsolataink, már csak azért sem, mert a tudományos szempontból is fontos eredmények publikálása még nem történt meg. A jövőben ezen rétegek mechanikai szilárdságának, időtállóságának növelését tűztük ki célul” – hangsúlyozta Hórvölgyi Zoltán, aki úgy fogalmazott, „a feladat különleges, mivel a rétegek igen vékonyak, száz nanométer körüliek. Összehasonlításul: egy vízmolekula 0,3 nanométer, tehát a réteg könnyen ledörzsölődhet a felületről. Emellett a kültéri lámpáknál sok más tényezőt – például az ipari szabványokat – is figyelembe kell venni, ami újabb kihívásokat jelent. Bár a legtöbb esetben már most is megfelelünk a kívánalmaknak.”

Mártonné Pakai Márta technikus és Kócs Lenke doktorandusz volt a csapat két további állandó tagja: utóbbi jelenleg Németországban folytat hasonló kutatásokat. Sok diák tevékenykedett kisebb-nagyobb mértékben a projektben, amely sajátos publikációs akadályokat is eredményezett. „Az Oláh György Doktori Iskolában a disszertáció benyújtásáig három impakt faktoros közlemény kell, több mint 50%-os szerzőségi aránnyal. A szóban forgó kutatások nehézsége, hogy például a munkában részt vállaló doktoranduszok a szabadalom benyújtásáig nem publikálhattak, és még csak előadást sem tarthattak eredményeikből” – magyarázta a kihívásokat Hórvölgyi Zoltán. „A diplomázók ilyen szempontból könnyebb helyzetben vannak: az ő munkájukat titkosítani tudjuk, de a TDK-zó diákokét már nem lehet, így ők sem tudják a rangos diákköri konferenciákon bemutatni eredményeiket. Volt, hogy elfogadott közleményt kellett visszatartani egy ideig a megjelenéstől. Ez olyan speciális helyzet, amelyben a tudomány és az ipar érdekei - legalábbis a szabályozás szintjén - nem egyeznek.”

Ezek az akadályok azonban eltörpülnek az együttműködés nyújtotta előnyökhöz képest. Az eszközök nagy része – például a bevonatképzéshez használt forgótárcsás ún. „spin coater” berendezés – a tanszéken marad további fejlesztő-kutatómunkára. „Kis csoportunknak a két évre kapott kb. 80 millió forintos összeg sokat jelentett. Eddig alapkutatásként foglalkoztunk a témával, de a projektmunka jó példa volt a területen elért eredmények hasznosítására. Természetesen, ezután is keresünk külső megbízásokat” – említette a BME egyetemi tanára, felhívva a figyelmet arra, hogy a vékonybevonatokra vonatkozó kutatások a fényáteresztő-képesség növelésén kívül sok egyéb alkalmazási lehetőség felé is utat nyithatnak. Ha például a félvezető titán-dioxidból készül a bevonat, fotokatalitikus hatású lesz, amit a környezetvédelemben, illetve napelemekben használhatnak, de az öntisztulást, vagy a korrózióvédelmet segítő bevonatok kialakítása is cél lehet.

„Most például olyan fényáteresztést növelő bevonat fejlesztésével foglalkozunk – és ez nem titkosított kutatás, mert diploma-, és TDK-munka is lesz belőle (sőt, egy TDK-dolgozat már első díjat nyert a novemberi házi konferencián) –, amelynek vízlepergető tulajdonsága is van” – beszélt a soron következő feladatról és célról Hórvölgyi Zoltán.

HA - GI

Fotó: Philip János