Center odličnosti nanoznanosti in nanotehnologije Center of Excellence in Nanoscience and Nanotechnology _________________________________________________________________________________________________________________

PREDSTAVITEV NANOCENTRA

Znan je žan je ,

Državn i zb or , 19.4.2011

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.

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.

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

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.

Različni novi nanomateriali imajo zelo raznoliko uporabo,

od medicine do elektronike. Redno se odkrivajo nove spo-

jine 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

vrst, vrhunske in nove spektroskopske metode, površinske

sonde in napredne tehnike raziskovanja dinamičnih

procesov.

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.

Laserska nanolitografija omogoča hitro in učinkovito izde-

lavo prototipnih vezij z visoko ločljivostjo na steklu, siliciju

ali na kovinah. Uporablja se za izdelavo senzorjev, elek-

tronskih vezij, mikrofluidiki in drugje.

Mikroskopije predstavljajo pomemben del karakteriza-

cije. 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

Vse te oblike sodelovanja lahko vodijo k novim partnerstvom

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.

Električne meritve s štirimi prsti je možno meriti na

širokem frekvenčnem območju in velikem razponu tem-

peratur od 4K do 470K v prisotnosti magnetnega polja do

2.5 Tesla.