Od agentury Tesla Blatná, která bude na projektu spolupracovat s Ústavem fyzikální chemie AV ČR, Západočeskou univerzitou a Centrem organické chemie v Rybitví, žádá 19,3 milionu korun z celkových nákladů 29,8 milionu korun. Konečná výše podpory bude známa až po podpisu smlouvy.
Projekt se zaměří na senzory čpavku, metanu, oxidů dusíku a uhlíku. Najdou uplatnění například v požárních hlásičích. Mohou být snadno všity i do textilií, třeba do uniforem hasičů, kde budou varovat před plyny ohrožujícími zdraví.
„Chtěli jsme pokračovat ve výzkumu senzorů plynů pro inteligentní textilie, který jsme začali v rámci mezinárodního projektu Sensit. Prvotní testy potvrdily, že některé plyny reagují lépe na vrstvě grafenu nebo na grafenových nanotrubičkách,“ říká Pavol Ozaňak z vedení Tesly Blatná.
Tesla Blatná, kde ve výzkumu pracuje 34 z 380 zaměstnanců, ročně investuje do vývoje a výzkumu 31,6 milionu korun, což je skoro deset procent tržeb.
Grafen - miliardový byznys v Česku zatím příliš netáhne
Svět možná čeká nová průmyslová revoluce. Převratné změny v elektronice, přenosech dat, medicíně či konstrukčních materiálech slibuje grafen – vrstva uhlíku o „tloušťce“ jediného atomu s unikátními vlastnostmi. Patenty související s grafenem se ve světě počítají na tisíce a rychle přibývají. Česko jako by se tohoto boomu neúčastnilo. Až na pár vědeckých pracovišť a jednu firmu.
Možná je trochu nadnesené tvrdit, že v jihočeském šestitisícovém městě Blatná roste nový Samsung. Přinejmenším jedna paralela mezi Blatenskou Teslou a jihokorejským gigantem by však tu byla. Samsung už několik let masivně investuje do výzkumu grafenu, nového materiálu objeveného v roce 2004. Jihokorejci mají 407 patentů na konkrétní objevy a aplikace především v dotykových displejích, jimž nová látka propůjčuje ohebnost.
Tesla Blatná je teprve na začátku. Grafenem se začala zabývat přede dvěma roky. Letos získá jako první česká firma na výzkum aplikace tohoto materiálu v elektronických zařízeních grant od Technologické agentury ČR. Spolu s vědci z Ústavu fyzikální chemie Akademie věd se bude snažit vyvinout citlivý senzor schopný zjistit i malé množství škodlivých plynů v ovzduší.
Výhodou grafenových senzorů bude možnost nanášet je přímo na textilie. Kromě ochrany životního prostředí či protipožárních detektorů v budovách mohou chytré mikrosystémy na uniformách hasičů či vojáků varovat před přítomností nebezpečných plynů. Využití najdou i při monitorování zdravotního stavu pacientů či tréninku sportovců.
„Našli jsme řadu plynových senzorů, ale žádný z nich není vzhledem ke své konstrukci vhodný pro integraci do chytrých textilií a mikrosystémů, kde je třeba vysoký stupeň miniaturizace, nízké výrobní náklady a plochost senzoru,“ vysvětluje Pavol Ozaňak, marketingový ředitel Tesly Blatná. Použití grafenu může tyto problémy vyřešit. Pro blatenskou Teslu by se tím otevřel rozsáhlý trh.
Patentová bitva
Tesla by si mohla připsat ještě jedno české prvenství. Byla by první, která by vlastnila tuzemský patent na využití grafenu. Český patentový úřad má v databázi jen čtyři evropské patenty zahraničních firem. Ve srovnání se světem tak Česko v grafenových závodech těžce prohrává. Nejvíce patentů připadá na čínská pracoviště, která jich ke konci loňského roku držela 2204. Druzí jsou vědci a firmy ze Spojených států s 1754 patenty. Třetí Jihokorejci mají zaregistrováno 1160 patentů. Britská konzultantská společnost CambridgeIP upozorňuje, že množství grafenových patentů rychle roste, především v Asii.
Firmy sázejí na to, že jim grafen otevře cestu k podobným ziskům, jakých dosahoval třeba Apple, když přišel s masovým využitím dotykových displejů. Německý chemický koncern BASF odhaduje, že v roce 2015 bude mít světový trh s grafenovými aplikacemi hodnotu 1,5 miliardy dolarů a o pět let později to bude 7,5 miliardy dolarů. Ve dvacátých letech se přitom má grafenová revoluce teprve rozjíždět.
Fantazii se meze nekladou
Nová čidla na bázi grafenu, jež by mohla po roce 2020 dorazit na trh, budou výrazně citlivější a menší. „Grafen může fungovat sám o sobě jako senzor. Když se na něj naváže nějaká molekula, změní jeho elektronickou strukturu a tím i charakter procházejícího elektrického proudu. Díky tomu, že je grafen vodivý, odvede proud do zařízení, které takto získaný signál vyhodnotí,“ vysvětluje Martin Kalbáč z Ústavu fyzikální chemie AV ČR.
Při troše fantazie si lze představit, že díky grafenovým čidlům postačí kapka krve, z níž senzor ihned stanoví diagnózu. Potíž je teď v tom, že grafen reaguje na cokoli. „Teď se zkoumají druhy odezev jednotlivých látek,“ dodává Kalbáč. Vědci hledají i způsob, jak chemicky upravit chování grafenu, aby detekoval jen určité látky.
Řada grafenových aplikací se zatím pohybuje ve sféře science fiction. „V medicíně se by se dal grafen s určitou magnetickou vrstvou použít jako levný nosič léků, který by se mohl pomocí magnetického pole dopravit do konkrétního místa v těle,“ míní Michal Otyepka z Univerzity Palackého v Olomouci. Bude to ale vyžadovat ještě spoustu výzkumu. „Musíme najít jiné fyzikální principy, jak vlastnosti grafenu řídit, aby mohl jednou nahradit třeba křemík v počítačích. Nemluvě o překonání problémů s jeho nasazením v určitých aplikacích v průmyslovém měřítku,“ dodává Otyepka. Právě v tomto základním výzkumu se čeští vědci dostávají do hry o světové objevy a potenciální budoucí patenty.
V Česku se výzkum rozbíhá
Tuzemský výzkum je zatím roztříštěný. „Ve většině institucí se výzkum teprve rozbíhá. Je velmi izolovaný. Jako obvykle doháníme svět,“ soudí Tomáš Šikola, šéf Ústavu fyzikálního inženýrství VUT Brno, kde studují využití grafenu v kvantových nanosoučástkách. Nyní se chtějí pustit i do použití grafenu pro řízené vstřebávání organických molekul.
Český výzkum brzdí i nedostatek vědců, kteří zvládají uhlíkovou chemii. V příštích letech se ale tento stav podle Otyepky zlepší. Mohou pomoci i státní granty. Od roku 2010 Grantová agentura ČR podpořila sedm projektů týkajících se grafenu částkou 45,6 milionu korun. Zatím poslední, téměř dvacetimilionový, grant dostal Ústav fyzikální chemie AV ČR na výzkum solárních článků.
Peníze mohou do Česka přitéct i z evropského desetiletého grantu, který na výzkum grafenu udělila letos v lednu Evropská unie. V prvních třiceti měsících mají vědci ze sedmnácti evropských zemí sdružených v projektu Flagship Graphene k dispozici 54 milionů eur, zhruba 1,3 miliardy korun. Martin Kalbáč z Akademie věd studuje elektrochemické modifikace grafenu, které by vedly ke konstrukci nového typu tranzistoru.
„Měl by mít tisíckrát nižší spotřebu elektřiny než dnešní tranzistory. Elektronika by měla větší výdrž a také by se méně zahřívala,“ vysvětluje vědec. Teoreticky vědci sestavili podobu tohoto tranzistoru nedávno, na řadě je jeho experimentální ověření. „Zatím je hlavní problém, jak uspořádat jednotlivé vrstvy grafenu a dalších materiálů, aby tranzistor fungoval,“ dodává Kalbáč. Jeho ústav má výhodu, že spolupracuje s americkým technologickým institutem MIT. I když pro vědce má větší hodnotu kvalitní vědecká publikace, Kalbáč nevylučuje, že za pět let by mohl jeho výzkum vést i k patentu.
Čeští vědci se ale pohybují ve velmi konkurenčním prostředí. Na grafenu pracují stovky týmů. Přijít s průlomovým objevem je proto těžké. Třeba v roce 2010 publikovala olomoucká skupina objev fluorografenu. Nezávisle na nich týž objev oznámila dvě zahraniční pracoviště.
Lehký, pevný a průhledný
Grafen je plochý krystal uhlíku o tloušťce jednoho atomu. Vrstva této látky nanesená třeba na měděné fólii, na níž se vyrábí, není téměř vidět. Lahvička práškového grafenu nebo nanotrubiček, což jsou kousky grafenu stočené do miniaturních ruliček, skoro nic neváží. Je to nejpevnější materiál na světě, který je zároveň ohebný. Elektrickou a tepelnou vodivostí předčí měď. Plochý grafen pohlcuje jen dvě procenta světla. Lze jej přenést na jakýkoli materiál, což u většiny současných polovodičových materiálů není možné. V příštích pěti letech se grafen začne používat v plochých, ohebných displejích a dotykových obrazovkách. Právě tyto aplikace intenzivně zkoumá Samsung. Práškový grafen či nanotrubičky se uplatní v kompozitních materiálech. Ty pak mohou být pevnější a lehčí než dnešní kompozity s uhlíkovými vlákny, z nichž se staví třeba trupy letadel. Po roce 2020 lze čekat první elektronické součástky, které mohou výrazně zrychlit elektroniku a zároveň snížit spotřebu energie. Pracuje se také na superkapacitních kondenzátorech, které budou umět v krátké době uvolnit velké množství energie. To je možné využít třeba při startech elektromobilů.
