Czy opracowanie czapki niewidki albo szybkie uzdatnienie wody z kałuży jest możliwe? Na te oraz inne pytania odpowiedzi próbują znaleźć naukowcy realizujący badania w zakresie nano- i metamateriałów oraz plazmoniki. Prof. Krzysztof Kempa z Boston College oraz Michael Giersig z Freie Universität Berlin gościli w dniach 5–9 marca w Wojskowej Akademii Technicznej na Wydziale Mechatroniki i Lotnictwa. W ramach programu MON Katedra Ad Hoc wygłosili 20 godzin wykładów nt. „Zastosowań struktur plazmonowych i metamateriałów” oraz „Przyszłości nanomateriałów w aspekcie zastosowania w przemyśle zbrojeniowym”.

Dziekan WML dr hab. inż. Stanisław Kachel wyjaśniając tematykę i zakres wykładów podkreśla: „Wykłady dedykowane są głównie badaniom nanostruktur stosowanych w lotnictwie. Jednakże nanotechnologie obejmują szerokie spektrum innych zastosowań wojskowych np. aplikacje nanostruktur do wkładek kumulacyjnych pocisków przeciwpancernych w celu zwiększenia ich siły rażenia. Zostaliśmy zaproszeni na wizytę do Berlina i Bostonu w celu zwiedzenia laboratoriów i zapoznania się z technologią wytwarzania nanostruktur do pokryć antyoblodzeniowych powierzchni nośnych statków powietrznych. A nam zależy na rozwinięciu technologii tego typu pokryć ze skali laboratoryjnej do skali przemysłowej”.

W wykładach uczestniczyli studenci i naukowcy nie tylko z Wydziału Mechatroniki i Lotnictwa, ale również z Instytutu Optoelektroniki, Wydziału Mechanicznego i Wydziału Elektroniki. – To stała grupa 30 osób z innych wydziałów oprócz WML. Zainteresowani są też studenci, nie tylko studiów magisterskich, ale i inżynierskich. Widzą oni swoją niszę w rozwoju nanostruktur – dodaje dziekan WML.

Prof. Kempa wygłosił cykl wykładów dotyczących zagadnień teoretycznych i praktycznych zastosowań nanostruktur plazmonowych i metamateriałów. Nanostruktury plazmonowe dzięki zjawisku rezonansu plazmonowego mogą silnie wzmacniać oddziaływania światła z materią. Struktury te mogą np. wzmacniać absorpcję, rozpraszanie lub inne oddziaływania ze światłem cząsteczek związków chemicznych znajdujących się w obszarze tzw. gorących punktów. Zjawisko to wykorzystywane jest między innymi we wzmocnionej powierzchniowo spektroskopii Ramana (z ang. SERS), technice pozwalającej na pomiar widm nawet z pojedynczej cząsteczki związku chemicznego. „Metamateriały, to materiały wytworzone sztucznie, posiadające własności niewystępujące naturalnie. Najciekawszym przykładem są metamateriały, które dzięki ujemnemu współczynnikowi załamania światła pozwalają na optyczną niewidzialność. Prawa optyki klasycznej ulegają w takim przypadku odwróceniu – światło odbija się zamiast załamywać i załamuje, zamiast ulec odbiciu” – wyjaśnia prof. Kempa. Metamateriały tego typu zaprezentowano w 2007 roku w zakresie światła widzialnego, a już w roku 2009 roku pokazano pierwszą strukturę umożliwiającą ukrycie obiektu przed szerokim zakresem widmowym promieniowania.

Bardzo potrzebnym zastosowaniem nanostruktur jest filtracja wody. W czasie działań wojennych dostarczenie wody żołnierzom stanowi duże wyzwanie. „Istnieją nanostruktury zapewniające bardzo dobrą filtrację wody, dzięki czemu można bezpiecznie pić wodę na przykład z kałuży, nie czyszcząc jej chemicznie. Dostęp do czystej wody jest wielkim problemem nie tylko dla wojska, ale przede wszystkim dla ludzi w krajach trzeciego świata. Nanostruktury znajdują mnóstwo innych zastosowań, w tym, jako pokrycia na samoloty, układy optyczne, układy specjalne wykorzystywane w nowej klasie detektorów biologicznych, detektorów wykrywających niebezpieczne materiały w powietrzu lub też w szeregu zastosowań medycznych” – wylicza prof. Kempa.

Prof. Giersig w swoich wykładach skupił się głównie na zastosowaniach różnego typu nanomateriałów w przemyśle zbrojeniowym. „Jedną z ciekawszych aplikacji wojskowych jest wykorzystanie nanostruktur do zwiększenia żywotności luf armat czołgowych. Lufy armat mają ograniczoną wytrzymałość na liczbę wystrzałów. Po 500 wystrzałach lufa wymaga wymiany. Zmodyfikowanie struktury wewnętrznej lufy nanostrukturami może wydłużyć jej żywotność do 600 strzałów, co zdecydowanie przełoży się na efekty ekonomiczne” – mówi profesor.

Jak podkreśla prof. Giersig „przemysł zbrojeniowy jest zainteresowany nowymi technologiami. Pomysł polskiego ministerstwa jest słuszny, nie jest jednak wyjątkowy, ponieważ na całym świecie przemysł zbrojeniowy już od dłuższego czasu interesuje się nanotechnologiami.” W swoich wykładach profesor zwrócił uwagę na możliwości wykorzystania niebezpiecznych właściwości nanomateriałów. „Nanostruktury znajdują zastosowanie w aplikacjach biomedycznych lub jako sensory niebezpiecznych związków chemicznych na przejściach granicznych. Nanostruktury są niewidoczne dla oka, a ich działanie może być bardzo silne. Nanocząstki srebra posiadają właściwości antybakteryjnie i mogą być wykorzystane do zwalczania stanów infekcyjnych na podłożu bakteryjnym. Toksyczne właściwości nanocząstek srebra wykorzystywane są przy operacjach w celu ochrony przed bakteriami” – wyjaśnia prof. Giersig.

Profesorowie bardzo dobrze oceniają ideę programu MON Katedra Ad Hoc, który daje możliwość spotkania się osób, niekoniecznie zajmujących się tą samą dziedziną nauki. W naszej uczelni była to już trzecia seria wykładów w ramach programu. Goście WML jeszcze dwukrotnie wrócą do WAT, w czerwcu i w październiku.

Tekst: Ewa Jankiewicz/ rzecznik prasowy WAT