Center odličnosti nanoznanosti in nanotehnologije
Center of Excellence in Nanoscience and Nanotechnology
_________________________________________________________________________________________________________________
PREDSTAVITEV NANOCENTRA
Z na n je ža n je ,
Drža v n i zb or , 1 9. 4. 20 11
Nanotehnologija in nanoznanost sta v slovenskem prostoru v zadnjih nekaj letih doživela izjemen
razcvet tako v industriji kot v akademskih sferah. Cilj Nanocentra je ponuditi konkurenčno tehnološko
platformo industrijskim in raziskovalnim partnerjem na področju sinteze, karakterizacije in procesiranja
na ravni večjih svetovnih infrastrukturnih centrov. Odprt dostop in izobraževalno podprt koncept
delovanja je povsem nov za slovenski prostor, ki pa je doživel velik uspeh v kratkem času obratovanja.
V predstavitvi bo prikazano nekaj zanimivih utrinkov iz različnih projektov, ki potekajo v okviru CO.
ABSTRACT
The CENN Nanocenter is designed to address the challenge imposed by extremely rapid development of nanoscience and
nanotechnology (N&N) in the world by joining together the efforts of all the leading research groups and industry leaders in the
field into a consortium of 4 leading research establishments and 15 companies, whose common goal is to set up a technological
infrastructure platform for the competitive development of N&N in Slovenia in the next decade. One of its main goals is to
bridge the gap between what academia can offer and what industry can absorb in order to achieve a higher level of
technological development in industry and increase the added value of its products. The project focuses on synthesis,
nanofacturing and characterisation facilities on an internationally competitive level.
Koncept
Center odličnosti ima enovit cilj, s skupnim naporom najboljših partnerjev iz univerz, raziskovalnih inštitutov in industrije v
konzorciju, vzpostaviti tehnološko infrastrukturo za mednarodno konkurenčen razvoj nanoznanosti in nanotehnologije (NiN) v
Sloveniji za naslednje desetletje in še naprej. Konzorcij je uspel na prijavi Centrov odličnosti 2009 – 2013 na prednostnem
področju : napredni (novi) sintetični kovinski in nekovinski materiali in nanotehnologije.
Center odličnosti nanoznanosti in nanotehnologije – Nanocenter (CO NIN – Nanocenter) sestavljajo:
1. Inštitut Jožef Štefan, Ljubljana
2. Kemijski inštitut, Ljubljana
3. Univerza v Ljubljani, Ljubljana: Fakulteta za matematiko in fiziko, Biotehniška fakulteta
4. Mednarodna podiplomska šola Jožefa Stefana, Ljubljana
5. LPKF Laser & elektronika d.o.o., Naklo
6. HELIOS Domžale, Sestavljeno podjetje za kapitalske naložbe in razvoj, d.d., Domžale
7. HELIOS, Tovarna barv, lakov in umetnih smol Količevo, d.o.o., Domžale
8. Gorenje, d.d., Velenje
9. Kolektor Group d.o.o., Idrija
10. NANOTESLA institut, Ljubljana
11. Cinkarna, metalurško-kemična industrija Celje, d.d., Celje
12. Cetis grafične in dokumentacijske storitve, d.d., Celje
13. ETA CERKNO d.o.o., tovarna elektrotermičnih aparatov, Cerkno
14. Steklarna Hrastnik, družba za proizvodnjo steklenih izdelkov, d.d., Hrastnik
15. BALDER, optoelektronski elementi in merilna tehnika d.o.o., Ljubljana
Izjemno hiter napredek NiN v svetu je ključno povezan z novimi tehnologijami za sintezo, študij in kontrolo snovi na ravni
posameznih atomov in molekul. Slovenski raziskovalci imajo izkazano uspešnost v svetovnem merilu na področju znanstvenega
dela iz NiN, kar je Slovenijo uvrstilo v zelo konkurenčno pozicijo v znanstveno-tehnološkem smislu na tem področju sredi
prejšnjega desetletja. Projekt CO Nanocentra je načrtovan tako, da odgovori na izziv, ki ga predstavlja izjemno hiter svetovni
razvoj področja NiN v zadnjih nekaj letih. Analiza konkurenčnosti je pokazala, da najbolj očitno zaostajamo v opremljenosti
glede na konkurenco po svetu. Projekt se posledično osredotoča na postavitev novih tehnologij za sintezo, procesiranje
(nanofakturo) in karakterizacijo snovi, ki bo primerljiva s sorodnimi centri po svetu in bo omogočalo mednarodno
konkurenčnost pri izvajanju vrhunskih RR projektov, programov in razvoju novih izdelkov. Medtem, ko je bila pri prvem
programskum obdobju pomembna raziskovalna sfera, je zdaj vedno bolj pomemben potisk industrije.
Ključne prednosti programa in konzorcija so: (i) odličen izhodiščni položaj slovenske znanosti in tehnologije na področju NiN
med razvitimi državami (ii) vključitev vseh vodilnih raziskovalnih skupin in industrije z že izkazanimi izjemnimi kvalifikacijami v
mednarodnem merilu, (iii) program transparentne in podprete visokotehnološke raziskovalne infrastrukture, ki bo zagotavljal
kvalitativen preskok v konkurenčnosti in velik multiplikativen efekt glede na vložena sredstva, in (iv) multidisciplinarna
sistematična podpora pri uporabi infrastrukturne opreme, ki bo zagotavlja transparenten in učinkovit dostop, ter izobraževanje
mladih raziskovalcev in raziskovalcev iz industrije. Projekt bo tako zagotavljal dolgoročno sodelovanje med partnerji in
kontinuirano pridobivanje znanja na mednarodno konkurenčni tehnološki ravni ter omogočal vrhunski program dela.
SKUPNI CILJI
Ponuditi infrastrukturo z odprtim dostopom akademskim, raziskovalnim, industrijskim in civilnim subjektom za integracijo
raziskovalnih naporov v nanoznanosti skozi napredke v nanofakturi in večjem izkoriščanju tehnologij na ravni posameznih
atomov ali molekul v okviru velikih infrastrukturnih centrov. Zagotoviti uporabnikom tehnološko platformo za zahtevno
nanofakturo in karakterizacijo nanostruktur z dobro definiranimi metrološkimi standardi za sintezo in protokoli za nanofakturo,
analizo na ravni atomov, modeliranju in simulaciji. Razviti skupno
podatkovno bazo na področju NiN in protokolov za metrologijo,
sintezo in analizo.
Maksimizirati vpliv in uporabo velikih infrastrukturnih centrov na
evropsko znanost in tehnologijo z zvišanjem standardov za
karakterizacijo z ultrahitrimi spektroskopskimi metodami,
nanofokusiranjem in visoko resolucijo, ki je na razpolago na
sinhrotronih, prostoelektronskih laserjih, nevtronskih
spektrometrih in drugih velikih vseevropskih infrastrukturnih
centrih.
Z izobraževanjem in odprtim
dostopom do opreme v Nanocentru
je naš cilj zmanjšati dispariteto v ravni
znanja med ponudbo (akademska
sfera) in povpraševanjem (industrija).
Z zvišanjem ravni tehnološkega
znanja v industriji posledično
pričakujemo zvišanje dodane
vrednosti proizvodov.
VSEBINA PROGRAMA DELA
Centra odličnosti NiN temelji na predhodni detajlni analizi nekaterih vodilnih podobnih centrov v svetu. Spisek opreme temelji
na temeljiti analizi, ki predstavlja osnovno opremo za doseganje začrtanih ciljev, ter najmodernejše opreme, ki je prišla na
tržišče v zadnjih dveh letih. Pričakujemo tudi, da bo lahko zaradi hitrega razvoja tehnologije morda lahko prišlo do novih
prebojev v času obstoja centra, na kar smo prevideli odziv.
CO razdelimo na štiri segmente, ki so komplementarni in skupaj
pokrivajo celotno področje NiN:
1. Sinteza različnih novih nanomaterialov je posebej
pomembna za končno industrijsko uporabo. Novi materiali,
odkriti in sintetizirani v okviru centra (za razliko od tujih) so
lahko osnova za nove tehnologije in izdelke, kar prestavlja
pomembno prednost pred konkurenco. Seveda
konkurenčnost zahteva razsežno sodobno raziskovalno
infrastrukturo. CO združuje zelo različne sintezne metode od
molekularne nanotehnologije do nanokompozitov in različnih
nanoplasti, premazov in nanosov.
Različni novi nanomateriali imajo zelo raznoliko uporabo,
2. Nanofaktura, kakor imenujemo procesne tehnike za
nanotehnologijo, je zelo raznolika in obsežna. Najbolj
pomembne so nanolitografske procesne metode in
tehnologije, ki neposredno vodijo v industrijske procese. Na
od medicine do elektronike. Redno se odkrivajo nove spojine z novimi lastnostmi.
področju NiN se tovrstna oprema izjemno hitro razvija, k čemer v našem centru pripomorejo tudi sodelujoča slovenska
podjetja (npr. LPKF in Aresis), saj bomo razvili nove naprave za optično nanolitografijo (ONL). Ne želimo zanemariti tudi
drugih metod kot je samourejanje, ki so potencialno zelo
pomembne za razvoj področja NiN, še posebej v slovenskem
okolju, kjer je pomemben razvoj malih podjetij.
3. Karakterizacija. Brez vrhunske karakterizacije si ne
moremo zamisliti razvoja področja NiN. Moderne
karakterizacijske metode v centru CO omogočajo možnost
uporabe zelo drage sodobne raziskovalne opreme v širšem
prostoru, ki bi sicer bila predraga in nedostopna za
posamezne uporabnike. Osnovna orodja so različni
mikroskopi z visoko ločljivostjo, tipalni mikroskopi vseh
Laserska nanolitografija omogoča hitro in učinkovito izdelavo prototipnih vezij z visoko ločljivostjo na steklu, siliciju
ali na kovinah. Uporablja se za izdelavo senzorjev, elek-
vrst, vrhunske in nove spektroskopske metode, površinske
sonde in napredne tehnike raziskovanja dinamičnih
procesov.
tronskih vezij, mikrofluidiki in drugje.
4. Modeliranje služi za napovedovanje in izračun elektronskih,
mehanskih, optičnih in magnetnih lastnosti različnih materialov in
naprav.
Vse dejavnosti so podprte z usposobljenim osebjem za zagotavljanje
podpore za učinkovit pristop k uporabi opreme za vse člane
konzorcija, povezane člane in zunanje uporabnike. Dokler ne bo
zgrajena primerna zgradba za vse laboratorije, bo oprema
nameščena na različnih lokacijah. Predvidevamo, da bo oprema
premeščena v nov Center za nove tehnologije, ki bo zgrajen v
naslednjih dveh letih na prostoru, ki ga bo odstopil IJS. Trenutni
načrti predvidevajo namestitev opreme za nanofakturo in
procesiranje v kletnih prostorih nove stavbe.
Ob novih nanomaterialih je pomembno nadzorovati tudi njihovo
varnost za živa bitja, ki bo sistematično vgrajena v dejavnosti CO.
Mikroskopije predstavljajo pomemben del karakterizacije. Na sliki je vrhunski presevni elektronski mikroskop
JEOL 2100, ki je že 4 leta intenzivno v rabi.
Program CO je osredotočen na postavitev osnovnih laboratorijev in
razvoj vrhunske sintezne, nanofakturne in karakterizirne
infrastrukture. Oblike sodelovanja z novimi zunanjimi partnerji, kot
jih predvidevamo, so:
•
•
•
•
•
•
•
•
neposredni projekti (novi nanomateriali, karakterizacija
nanomaterialov)
nadgradnja baze bistvenih znanj
razvoj novih nanofakturnih tehnologij
tehnološki prenos (nove tehnologije)
razvoj novih instrumentalnih tehnik (nanolitografija,
oprema za procesiranje, itd)
trening
pretok kadrov
start-up in spin-off podjetja
Električne meritve s štirimi prsti je možno meriti na
širokem frekvenčnem območju in velikem razponu temperatur od 4K do 470K v prisotnosti magnetnega polja do
Vse te oblike sodelovanja lahko vodijo k novim partnerstvom
2.5 Tesla.
znotraj Nanocentra.
Izobraževanje
je ključni del Nanocentra. Poleg rednih seminarjev, ki prikazujejo uporabo nove opreme in rezultate pridobljene na njej
potekajo izobraževanja na opremi sami, kjer se izključno uporablja problematika, ki jo prinesejo slušatelji. Organizirano je preko
Mednarodne podiplomske šole Jožefa Štefana.
Pomemben nov način izobraževanja je multimedijski film. Nanocenter ima svoj kanal na YouTube-u, kjer prikazuje različne
izobraževalne filme posnete v lastni režiji. Prvi tak film opisuje postopek izdelave nanolitografskega vezja s pomočjo
elektronskega snopa z velikostjo elementov pod 200 nm. Teden po objavi si ga je ogledalo že več kot 2000 obiskovalcev, kar
kaže na učinkovitost tovrstnega izobraževanja.
Dostopnost do opreme
Oprema je dostopna za vse uporabnike z organizacij članic Nanocentra. Novi člani so dobrodošli. Po izteku poskusnega obdobja
se imajo novi člani priložnost včlaniti v Nanocenter. Opremo je možno rezervirati preko spleta, kar omogoča tudi pregled nad
njeno uporabo.