Sciencemag.cz
Doporučujeme
Grafen i eroze pískovců. Cenu za špičkový výzkum získali chemik Zdeněk Sofer, geolog Jiří Bruthans, zoolog Robert Černý, lékař a biolog Marek Mráz a sociolog Václav Štětka.
Zdeněk Sofer uspěl s projektem zkoumající použití iontových svazků pro modifikace struktur založených na grafenu. Jiří Bruthans zkoumal vliv napětí daného gravitací na erozi pískovce. Dalším oceněným je Marek Mráz s projektem zaměřeným na studium regulace signalizační dráhy B-buněčného receptoru prostřednictvím microRNA. Další laureát, Václav Štětka, analyzoval roli sociálních médií v transformaci politické komunikace a občanské participace v ČR. Posledním oceněným je Robert Černý. Ten se zaměřil na oro-faryngeální rozhraní ve vývoji úst obratlovců. O vítězích rozhodlo předsednictvo Grantové agentury České republiky v konkurenci dalších desítek projektů.
„V letošním roce byl výběr nejlepších projektů opět mimořádně obtížný. S úkolem zvolit mezi desítkami projektů těch několik nejlepších se potýkáme každý rok. Na druhé straně je to ale dobrá zpráva o tom, jaké skvělé vědce naše země má. Oceněným blahopřeji, jejich projekty byly skutečně excelentní,“ uvedla předsedkyně Grantové agentury Alice Valkárová.
Cena předsedkyně GA ČR se uděluje již od roku 2003. Od té doby bylo za mimořádné výsledky při řešení grantových projektů v oblasti základního výzkumu podporovaných GA ČR rozdáno celkem 69 ocenění. Pět nyní oceněných projektů bylo na základě návrhů příslušných oborových komisí vybráno z celkem 448 projektů ukončených v minulém roce. O konečném výběru projektů určených k získání Ceny předsedkyně GA ČR pak rozhodlo v dubnu letošního roku předsednictvo Grantové agentury České republiky.
Cena je udělována za mimořádné výsledky při řešení grantových projektů v oblasti základního výzkumu podporovaných Grantovou agenturou ČR. Jejich předání je spojeno s finanční odměnou pro řešitele projektů a jejich spolupracovníky. Každým rokem může být oceněno čtyři až pět řešitelů, jejichž projekty ukončené v předchozím roce byly odbornými poradními orgány agentury vyhodnoceny jako vynikající a získaly doporučení k ocenění.
Zdeněk Sofer zkoumal využití iontových svazků pro modifikace struktur založených na grafenu
Doc. Ing. Zdeněk Sofer, Ph.D. z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze se ve svém projektu zabýval dvoudimenzionálními materiály a možnostmi jejich strukturních a chemických modifikací pomocí iontových svazků. Tyto materiály mají řadu dalších aplikačních využití jako je flexibilní elektronika, superkapacitory a mnohé další. Týmu Zdeňka Sofera se v rámci projektu také podařilo syntetizovat absolutně čistý grafen bez přítomnosti jakýchkoliv kovových nečistot a tím prokázat jejich zásadní vliv na elekrokatalytické vlastnosti grafenu. Výsledky výzkumu byly publikovány v 55 impaktovaných časopisech jako například ACS Nano a Angewandte Chemie a měly mimořádný citační ohlas. Za svůj projekt získal Cenu předsedkyně Grantové agentury České republiky 2019.
Interakce s vysokoenergetickými ionty vede k vytváření strukturních a chemických změn v ozařovaném materiálu. Například u folií na bázi oxidu grafenu dochází k rozkladu kyslíkatých funkčních skupin, což je doprovázeno výrazným zvýšením elektrické vodivosti. Použitím lokalizovaného ozařování tzv. iontové mikrosondy bylo možné vytvářet komplexní vodivé struktury na flexibilní nevodivé folii oxidu grafenu pro nejrůznější aplikace ve flexibilní elektronice.
„V rámci projektu jsme také řešili interakce iontových svazků s vrstevnatými chalkogenidy, kde byl pozorován nárůst katalytické aktivity v důsledku vzniku katalyticky aktivních defektů na povrchu materiálu. Při řešení projektu bylo syntetizováno množství nových derivátů grafenu i jiných dvoudimenzionálních materiálů,“ říká Zdeněk Sofer.
2D materiály, jako je například grafen, mají řadu unikátních vlastností. V jedné rovině mají silné kovalentní vazby, mezi jednotlivými rovinami jsou však velmi slabé elektrostatické interakce. Díky tomu je možné tyto materiály postupně ztenčovat.
„Krásným názorným příkladem 2D materiálu je například obyčejná slída, která má velmi pevné vazby v jednotlivých rovinách, ale tyto roviny je možné poměrně snadno od sebe oddělit a separovat. Když tento proces budeme opakovat mnohokrát, tak postupně dojdeme až na jednu atomární rovinu tohoto materiálu,“ popisuje Zdeněk Sofer. „Na rozdíl od slídy má ale grafen mnoho unikátních vlastností jako je například jeho elektrická vodivost nebo mechanická pevnost, která umožňuje, že grafen, který získáme na měděném substrátu depozičním zařízením, jsme pak schopni přenést na křemíkové substráty, aniž bychom tu monoatomární vrstvu v řádové velikosti jednotek centimetrů výrazným způsobem narušili.“
Tímto způsobem je možné získávat v podobě monovrstev velké množství dalších materiálů, které na rozdíl od grafenu mohou být izolátory nebo polovodiče s širokým zakázaným pásmem. Jejich aplikace pak mohou sloužit k uchovávání energie, v mikroelektronice, v optoelektronice, cíleném doručování léčiv nebo katalýze.
„Naším výchozím materiálem pro přípravu grafenu je nejčastěji obyčejný grafit. Z obyčejného grafitu můžeme dospět ke grafenu například mechanickou exfoliací, kde lze použít dokonce obyčejný kuchyňský mixér, pokud máte vhodné sulfaktanty. Další z možných cest jsou chemické oxidace. Výchozí grafit je oxidován v prostředí silných kyselin a oxidačních činidel. Tím získáváme takzvaný oxid grafitu, který již velmi snadno rozbijeme na jeho jednotlivé monovrstvy, které je pak možné následně uspořádávat například obyčejnou filtrací do podoby flexibilních poměrně mechanicky stabilních membrán, které mají díky své chemické struktuře na rozdíl od grafenu vlastnosti elektricky izolační,“ vysvětluje Zdeněk Sofer.
Kromě grafitu existuje další obrovské velmi široké spektrum dalších dvoudimenzionálních materiálů, jako je například černý fosfor termodynamicky nejstabilnější alotropická forma fosforu, která je ale také nejobtížněji připravitelná.
Tlakové pole silně ovlivňuje intenzitu eroze a zvětrávání, zjistil tým vědců pod vedením Jiřího Bruthanse
Doc. RNDr. Jiří Bruthans, Ph.D. z Přírodovědecké fakulty Karlovy univerzity zkoumal vliv napětí daného gravitací na erozi pískovce. Jeho týmu se poprvé podařilo nasimulovat vznik dokonale vyvinutých skalních bran a modelovat vznik skalních útvarů v počítači. Získal za to Cenu předsedkyně Grantové agentury České republiky 2019.
Projekt se zabýval vlivem tlaku či napětí v hornině na zvětrání a erozi pískovce a vznikem skalních útvarů, jako jsou například skalní brány, převisy nebo skalní hodiny. Horninový tlak je přítomen v každé skále na Zemi, jeho vlivu na erozi a zvětrání však dosud nebyl přikládán význam. Fyzikální modelování s pískovcem z lomu Střeleč i s dalšími materiály z České republiky i zahraničí prokázalo, že tlakové pole silně ovlivňuje intenzitu eroze, solného a mrazového zvětrání, a je příčinou vzniku skalních útvarů.
Pískovcová skála je ve skutečnosti obrovský shluk pískových zrn, jež se vzájemně dotýkají a tlačí na sebe díky své vlastní váze a působení gravitace. Pokud v některé části skály odpadne blok či se vytvoří trhlina, tlak se změní v celém tělese. Celá pískovcová skála je tedy propojena tlakovým polem do jediného tělesa. Eroze je nejrychlejší tam, kde je pískovec stlačený málo. Zato tam, kde je tlak vysoký, je eroze příliš slabá, aby mohla skálu poškodit. Tlakové pole tak vlastně erozi řídí. Nechává ji odstranit zbytečnou zátěž, která nepřenáší žádnou váhu a jen ohrožuje stabilitu skalního tvaru. Přitom vysoký tlak drží pohromadě nosné prvky a brání tak erozi, aby je odstranila.
„K našemu objevu jsme se dostali v podstatě náhodou, když jsme v lomu Střeleč v Českém ráji, kde jsme zkoumali vznik kanálů vytvořených podzemní vodou, narazili na speciální druh pískovce, který okamžitě reaguje na vliv tlaku ve vodě. To, co bychom museli sledovat statisíce let, jsme schopni zviditelnit během pouhých desítek sekund či minut. Hlavním zjištěním v našem projektu je pochopení vlivu tlaků na vznik skalních bran. Výsledkem výzkumu je kromě fyzikálního modelování i nový numerický model, kde je eroze simulována v počítači. Ten umožňuje modelovat i složitější skalní útvary,“ říká Jiří Bruthans.
Výzkum probíhal nejen v České republice, ale také v zahraničí: na Stolových horách v Jižní Africe, v jordánské Petře a na Koloradské plošině v USA. Výsledky projektu byly publikovány v prestižních magazínech, například v časopise Geology.
„V současnosti začínáme zkoumat vliv tlaku na erozní a zvětrávací procesy u jiných materiálů než u pískovce a zabýváme se také dalšími fyzikálními poli, které ovlivňují zvětrání. Jde například o vliv hydraulického pole čili pole vlhkosti, v hornině na to, kde budou deponovány například sole a kde bude docházet k solnému zvětrání u soch nebo přírodních útvarů. Tyhle procesy jsou velmi málo studovány a málo se o nich ví. Dochází tam k velmi složitým interakcím, které je třeba prostudovat, aby se tomu fenoménu lépe rozumělo,“ popisuje budoucnost Jiří Bruthans.
