Mgr. František Zelenák - Chemik úspěšným fyzikem

Od roku 2009 podporuje statutární město Brno mladé talentované vědce v jejich kariéře. V letošním roce ocenění Brno Ph.D. Talent získalo celkem 25 mladých vědců ze čtyř brněnských univerzit. Během následujících tří let bude každému z nich vypláceno stipendium 330 tisíc korun.

Za dobu existence projektu Brno Ph.D. Talent byli doktorští studenti Ústavu fyzikální elektroniky oceněni již několikrát: Pavel Souček, Tomáš Svoboda, Adam Obrusník, Matej Fekete, Lukáš Kusýn, Štěpánka Kelarová a Július Vida. František Zelenák a Kryštof Mrózek tak zvyšují prestiž výzkumu na ÚFE a dělají dobré jméno doktorskému oboru Fyzika plazmatu.

Seznamte se s Františkem Zelenákem.

Prozraďte nám něco málo o vás… odkud jste?

Pochádzam z Bratislavy kde som chodil na matematické gymnázium Jura Hronca.. Od detstva ma zaujímalo, ako funguje svet okolo, preto prírodné vedy boli pre mňa jasným smerom, ktorým sa chcem v živote uberať. Najviac ma zo všetkých predmetov zaujala chémia, lebo je asi najviac blízko materiálnemu svetu okolo. Preto som išiel študovať chémiu na vysokú školu, do Brna kde v tej dobe, v roku 2013, bol čerstvo postavený moderný univerzitný kampus, čo bolo pre mňa rozhodujúcim faktorom prečo som išiel študovať práve do Brna.

V chémii som sa zameral na analytickú chémiu, ktorá je takým mostom medzi fyzikou a chémiou, a ktorá sa mi zdala ako najlepší smer, vďaka ktorému som sa naučil veľa metód ako zistiť, z čoho sa skladá a ako funguje svet okolo, čo mi rozvinulo analytické myslenie. Už od kedy som prišiel na MUNI, bol môj záujem orientovaný smerom ku nanotechnológiám, konkrétnejšie ku grafénu a vďaka štúdiu som zistil, že skrz univerzitný mail mám možnosť si prezerať vedecké publikácie na túto tému a rozšíriť svoje vedomosti na tému nanotechnológií, ktoré podľa mňa predstavujú základný kameň priemyslu 4.0.

Jaký je váš studijní obor a jak jste se dostal ke studiu na ÚFE?

Študujem doktorský program fyziky plazmatu. Počas magisterského štúdia som sa zhodou náhod dostal k možnosti začať pracovať s grafénom na ÚFE, čoho som sa hneď chopil a zameral svoju diplomovú prácu na využitie grafénu v analytickej chémii, konkrétne na využitie redukovaného grafén oxidu ako substrátu alebo matrice vhodnej pre účinnú laserovú ionizáciu a následnú analýzu pomocou hmotnostnej spektrometrie – tzv. Substrate Assisted Laser Desorbtion/Ionization Mass Spectrometry (SALDI-MS).

Počas tejto práce som získal mnoho skúseností s plazmovými výbojmi a uvedomil som si, že na chémii sa hmota v podobe plazmy prakticky nerieši a je to veľmi zaujímavá oblasť, v ktorej je stále mnoho, čo treba prebádať. Ostal som teda ďalej pracovať s grafénom na ÚFE, z čoho sa postupom času vykľul objav, ktorý sme si dali patentovať.

Rozhodol som sa teda, že chcem ďalej bádať ako doktorand v smere, ktorý som začal, lebo jedná sa o prakticky neznámy proces, ktorý v odbornej literatúre nie je moc popísaný a jeho fyzikálna podstata implikuje potenciál na industriálne využitie grafénu, ktoré je už skoro 20 rokov od jeho prvého objavu stále nevyriešeným problémom.

Co pro vás získání stipendia Brno Ph.D. Talent znamená?

Je to veľmi motivujúce ocenenie, vďaka ktorému si viac uvedomujem, že naša práca, ktorej sa s mojím školiteľom, doktorom Richardom Krumpolcom venujeme, môže byť na čele svetového výskumu v oblasti grafénu a materiálovej vedy. Z praktického hľadiska je štipendium dobré na vykrytie zvýšených nákladov spojených s infláciou.

O čem váš projekt je? Čemu se v něm věnujete?

Prišli sme na spôsob, ako jednoducho a rýchlo, za pár sekúnd, zredukovať grafén oxid pomocou elektrickej plazmy (tj. zbaviť ho kyslíkových atómov). Grafén oxid je pomerne jednoduchý na výrobu a je už bežne dostupným produktom na trhu, ale jeho nevýhodou je, že nie je elektrický vodivý v porovnaní s čistým grafénom, čo obmedzuje jeho využiteľnosť. Práve redukciou je možné obnoviť elektrické vlastnosti za vzniku redukovaného grafén oxidu. Primárnymi obmedzeniami iných metód redukcie grafén oxidu je zdĺhavosť procesu dosahujúca až hodiny, prístrojová náročnosť, vysoká spotreba energie, čo v sumáre robí ostatné metódy nekompatibilné s masovou, industriálnou výrobou. Ďalšou výhodou nášho procesu využitia elektrickej plazmy je možnosť jednoduchej funkcionalizácie – tj. pridania iných prvkov ako napr. dusíka do grafénu a tým zlepšiť jeho vlastnosti v konkrétnych aplikáciách, čo ostatné postupy redukcie buď vôbec neposkytujú alebo len vo veľmi obmedzenej miere.

Pochopenie ako prebieha proces redukcie a ako možno čo najúčinnejšie funkcionalizovať redukovaný grafén oxid sú podstatou môjho projektu, ktoré by som chcel ideálne ku koncu projektu začať využívať pri výrobe prototypov zariadení zameraných na zelené technológie ako solárne články, superkapacitory, senzory alebo vodné filtre.

Potencionálne využitie nášho procesu výroby redukovaného grafén oxidu siaha teoreticky do všetkých odvetví priemyslu a môžeme si to predstaviť ako pokrok v metalurgii, kedy všetky existujúce výrobky boli najprv vyrábané z medi, potom z bronzu a nakoniec zo železa. Nesnažíme sa teda vymyslieť jeden konkrétny výrobok, ale spôsob ako jednoducho vyrobiť materiál, z ktorého doposiaľ používané výrobky možno vyrobiť v lepšej kvalite, a tým priniesť pridanú hodnotu.