Dostosuj preferencje dotyczące zgody

Używamy plików cookie, aby pomóc użytkownikom w sprawnej nawigacji i wykonywaniu określonych funkcji. Szczegółowe informacje na temat wszystkich plików cookie odpowiadających poszczególnym kategoriom zgody znajdują się poniżej.

Pliki cookie sklasyfikowane jako „niezbędne” są przechowywane w przeglądarce użytkownika, ponieważ są niezbędne do włączenia podstawowych funkcji witryny.... 

Zawsze aktywne

Niezbędne pliki cookie mają kluczowe znaczenie dla podstawowych funkcji witryny i witryna nie będzie działać w zamierzony sposób bez nich. Te pliki cookie nie przechowują żadnych danych umożliwiających identyfikację osoby.

Brak plików cookie do wyświetlenia.

Funkcjonalne pliki cookie pomagają wykonywać pewne funkcje, takie jak udostępnianie zawartości witryny na platformach mediów społecznościowych, zbieranie informacji zwrotnych i inne funkcje stron trzecich.

Brak plików cookie do wyświetlenia.

Analityczne pliki cookie służą do zrozumienia, w jaki sposób użytkownicy wchodzą w interakcję z witryną. Te pliki cookie pomagają dostarczać informacje o metrykach liczby odwiedzających, współczynniku odrzuceń, źródle ruchu itp.

Brak plików cookie do wyświetlenia.

Wydajnościowe pliki cookie służą do zrozumienia i analizy kluczowych wskaźników wydajności witryny, co pomaga zapewnić lepsze wrażenia użytkownika dla odwiedzających.

Brak plików cookie do wyświetlenia.

Reklamowe pliki cookie służą do dostarczania użytkownikom spersonalizowanych reklam w oparciu o strony, które odwiedzili wcześniej, oraz do analizowania skuteczności kampanii reklamowej.

Brak plików cookie do wyświetlenia.

Szybkie prototypowanie uratowało polskie badania w SOLEIL

Szybkie prototypowanie uratowało polskie badania w SOLEIL

Badacze z Uniwersytetu Warszawskiego dostali wyjątkową szansę na przeprowadzenie badań w zagranicznym ośrodku badawczym, gdzie przez trzy doby mogli korzystać z narzędzi krystalograficznych. Wszystkie ich starania oraz skrupulatnie zaplanowane badania mogły zostać zniweczone przez techniczny problem z niewielkim adapterem, który nie pasował do urządzeń na stacji pomiarowej. Ze swoim problemem zwrócili się do firmy Sygnis New Technologies. W ekspresowym tempie wydrukowano brakujący element. Dzięki procesom szybkiego prototypowania, technolodzy zaplanowali, zaprojektowali i dostarczyli niezbędny adapter.

Zespół naukowców z dr Anną Makal oraz Romanem Gajdą (z grupy badawczej profesora Krzysztofa Woźniaka) z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego (UW) przez trzy ciężkie dni przeprowadzał badania, mające na celu śledzenie zmian rozkładu gęstości elektronowej w różnych cząsteczkach. Ich grupa badawcza otrzymała niesamowitą szansę skorzystania z jednego z najlepszych synchrotronów na Świecie. Urządzenie tego typu znajduje się we Francji, pod Paryżem, w SOLEIL. Prace badawcze naukowców zostały w kryzysowym momencie wsparte przez technologię druku 3D i szybki wydruk niezbędnej części, która została stworzona w Sygnis New Technologies.

(c) JF Santarelli Synchrotron SOLEILc-JF-Santarelli-Synchrotron-SOLEIL

Co ci naukowcy właściwie robią?

Synchrotron w SOLEIL (Source optimisée de lumière d’énergie intermédiaire du LURE) jest źródłem promieniowania – dzięki jego konstrukcji można otrzymać promieniowanie elektromagnetyczne w szerokim zakresie: od podczerwieni do bardzo twardego promieniowania rentgenowskiego. Jego konstrukcję można sobie wyobrażać w ten sposób: elektrony poruszające się po bardzo dużym okręgu (o długości nawet kilkuset metrów) zostają rozpędzone do prędkości bliskich prędkości światła, dzięki czemu zaczynają one emitować interesujące nas promieniowanie, wykorzystywane w zbudowanych wokół okręgu stacjach pomiarowych dedykowanych do różnego typu eksperymentów. W Europie jest kilkanaście takich obiektów – różnią się pomiędzy sobą możliwą do uzyskania długością fali (wyjaśnimy sobie to za chwilę), m.in.: „Diamond” na Wyspach Brytyjskich, „PETRA” w Niemczech, „MAX IV” w Szwedzkim Lund, a także „SOLARIS” w Polsce. Natomiast, jeden z najlepszych synchrotronów na Świecie, „Advanced Photon Source”, znajduje się w Chicago, USA.

L. Persin – CAVOK Production – Synchrotron SOLEIL

Na synchrotronie w SOLEIL można przeprowadzać szeroką gamę eksperymentów, np. spektroskopowe – czyli sprawdzanie składu materiału, oraz krystalograficzne – możemy badać strukturę wewnętrzną materiału, to w jaki sposób układają się atomy w krysztale i jak struktura zmienia się pod wpływem czynników zewnętrznych. Podgrupa eksperymentów takich, jak te przeprowadzane przez zespół badawczy z UW, nazywana krystalografią pod wysokim ciśnieniem, sprowadza się do tego, że materiały są poddawane ciśnieniu od kilku do kilkudziesięciu gigapaskali [GPa] (1 gigapaskal odpowiada 10 tysiącom atmosfer*). Komory ciśnieniowe użyte podczas opisywanych badań są w stanie osiągnąć kilkanaście [GPa]. Jest to ciśnienie porównywalne z tym, jakie na obiekt oddziaływałoby na dnie rowu Mariańskiego albo jeszcze głębiej w powłoce Ziemi.
Synchrotron w SOLEIL jest układem stacji badawczych, a każda z nich jest dedykowana do innego rodzaju badań podstawowych bądź materiałowych. W laboratoriach na UW również znajdują się urządzenia zwane dyfraktometrami, na których można wykonywać pomiary, ale występują ograniczenia w zakresie długości możliwej do uzyskania fali. Jeśli dysponujemy, np. lampą molibdenową, długość promieniowania wynosi 0,73 Å (angstrema)**. Z kolei przy źródle srebrowym możemy uzyskać 0,56 angstrema. Im krótsza fala, tym większa rozdzielczość i z tym większą dokładnością możemy mierzyć interesujące nas parametry. Na Synchrotronie jest bardzo wysokoenergetyczna wiązka, która ma 30 tysięcy keV (kiloelektronowoltów), co przekłada się na 0,41 angstrema. To pozwala uzyskiwać wyniki o bardzo dużej rozdzielczości ***. Przez analogię – przed lotem sondy kosmicznej New Horizons, astronomowie dysponowali zdjęciami Plutona, które miały 6 pikseli. Dzięki fotografiom wykonanym przez sondę, mogli zobaczyć obraz powierzchni planety w HD – to znaczy, że te zdjęcia miały już 2 miliony pikseli. Jednym słowem, dzięki wyprawie do Synchrotronu możemy zobaczyć więcej i dokładniej.

*„Atmosfera” – odpowiada średniemu ciśnieniu atmosferycznemu na poziomie morza na Ziemi.

** Jednostka długości równa 10−10 m. Nie jest jednostką układu SI. Służy do liczbowego wyrażania wartości bardzo małych długości, porównywalnych z rozmiarami atomów. Często stosowany w chemii i fizyce przy opisywaniu obiektów i zjawisk zachodzących w skali atomowej, gdzie posługiwanie się jednostkami układu SI wymagałoby używania ułamków (1 Å = 0,1 nm).

*** Rozdzielczość w tym przypadku możemy interpretować jak rozdzielczość monitora. Im większa jest ta wartość, tym drobniejsze szczegóły w kontekście struktury krystalograficznej, czyli struktury cząsteczki i rozkładu gęstości elektronowej, jesteśmy w stanie zobaczyć. Pozwala to określić nie tylko gdzie znajdują się atomy, ale też jak wyglądają wiązania pomiędzy nimi.
stworzone przez Sygnis w taki sposób, żeby pasował do zaplanowanych doświadczeń. Dzięki wsparciu Sygnis, grupa badaczy mogła w pełni wykorzystać czas, jaki dostali w SOLEIL. Druk 3D pozwolił ekspresowo zaprojektować, sprototypować i dostarczyć element, którego wyprodukowanie w inny sposób w tak krótkim czasie, nie byłoby możliwe.

Adapter potrzebny od zaraz

Synchrotron w SOLEIL to niezależna francuska instytucja badawcza. Zespoły z całego świata aplikują o czas pomiarowy w tym ośrodku w procedurze konkursowej. Projekty oceniane są przez zespół niezależnych naukowców. Im bardziej innowacyjny, nowatorski i „wyzywający” projekt, tym większe ma szanse na wygraną. Badaczom z UW się to udało, dostali 3 dni czasu pomiarowego na jednej ze stacji badawczych – CRISTAL. Jak wspomina dr Anna Makal:

Wyzwaniem dla nas było to, żeby w 72 godziny wykonać jak najwięcej eksperymentów. Liczyliśmy się z sytuacją, w której po przyjeździe na stację musielibyśmy czekać pół dnia, aż personel na stacji przygotowałby nam stosowną przejściówkę, tym bardziej, że nasz przyjazd wypadał na 9-11 listopada, czyli nie dość, że na weekend, to w dodatku w święto narodowe

Adapter do goniometru drukowany w 3D

Na synchrotronie w SOLEIL, na stacji pomiarowej CRISTAL, możliwe są pomiary rentgenograficzne pod zwiększonym ciśnieniem. Podwyższone ciśnienie uzyskiwane jest dzięki zamknięciu próbki (np. monokryształ badanej substancji) w tzw. komorze ciśnieniowej z kowadełkami diamentowymi (Diamond Anvil Cell). Wytwarzanie wysokiego ciśnienia sprowadza się do tego, że wspomnianą próbkę ściska się pomiędzy dwoma diamentami. Proces nie wpływa na temperaturę. Komora zbudowana jest w taki sposób, że istnieje możliwość jej umocowania na goniometrze znajdującym się na linii pomiarowej. Goniometr ten jednak różni się znacząco od narzędzia używanego przez zespół z UW gdzie badacze korzystają w laboratorium z tzw. dyfraktometru czterokołowego.

Komory dostępne na miejscu nie odpowiadały naszym badaczom, w związku z czym chcieli skorzystać ze swojej. Niestety, komora nie była dostosowana do tego, co mogła zaoferować stacja pomiarowa, co wymusiło użycie adaptera pomiędzy komorą badaczy, a stanowiskiem eksperymentalnym. Właśnie w tym momencie pomoc druku 3D oraz technologów z Sygnis New Technologies okazała się bezcenna. W bardzo krótkim czasie adapter niezbędny do poprawnego działania urządzeń został zaprojektowany i wydrukowany w technologii FDM. Materiałem, z którego wykonano przedmiot było PLA (polilaktyd) w kolorze złotym i srebrnym. Cała praca została wykonana z niezwykłą dokładnością – dzięki szybkiemu prototypowaniu i kilkukrotnej iteracji modelu udało się wesprzeć naukowców UW. Przy produkcji zostały wykorzystane maszyny Flashforge. Wydruk został stworzony w oparciu o plany i projekty

Nie śpi ktoś, aby spać mógł ktoś

Był to pierwszy taki wyjazd naszej grupy badawczej. Był on ważny z tego względu, że miał na celu sprawdzenie czy interesujący nas typ eksperymentu da się przeprowadzić na tej konkretnej stacji. Byłoby to wygodne z kilku względów – stacja znajduje się we Francji, a więc stosunkowo niedaleko, dojazd jest łatwy, w prosty sposób można w krótkim czasie zorganizować i przeprowadzić tam eksperyment. Podzieliliśmy się na grupy i maksymalnie wykorzystaliśmy oferowany nam czas, wyznaczając dwuosobowe zmiany 12-godzinne. Bardzo nam zależało na tym, żeby nasze próby mogły się odbyć

(c) V. Moncorgé – Synchrotron SOLEIL 3

Teraz zespół badawczy z UW jest w trakcie planowania kolejnych eksperymentów. Wyniki ostatnich badań zostały właśnie opublikowane w czasopiśmie naukowym IUCrJ pod tytułem „Experimental Charge Density of Grossular Under Pressure – a Feasibility Study”. Z wynikami eksperymentów pojawią się również na konferencjach międzynarodowych, np. konferencji Europejskiej Unii Krystalograficznej i Międzynarodowej Unii Krystalograficznej. Jak dodaje dr Anna Makal:

Pierwszy wyjazd pokazał nam, że stacja badawcza w SOLEIL spełnia nasze potrzeby. Następnym razem przejdziemy do badań konkretnych materiałów, np. granatów. Planujemy znów pojechać w cztery osoby. To najbardziej optymalny układ

Patrz trochę szerzej

Doktorzy Anna Makal oraz Roman Gajda z grupy badawczej prof. Krzysztofa Woźniaka prowadzą tzw. badania podstawowe. Żeby uzmysłowić sobie znaczenie ich pracy, można przytoczyć przykład badań ciśnieniowych*, mających na celu sprawdzenie czy dana substancja farmaceutyczna będzie się nadawała do umieszczenia w tabletkach. Tego typu testy dają również podstawy dla wytwórstwa różnego rodzaju czujników. Inny dział badań, którymi w ostatnim czasie zajmuje się dr Anna Makal, obejmuje materiały fluorescencyjne. Jej badania koncentrują się nad tym, jak emisja światła się zmieni, jeśli te substancje zostaną poddane zmiennemu ciśnieniu. W SOLEIL naukowcy zajmowali się śledzeniem przepływu ładunku, nie za pomocą interpretacji danych spektroskopowych, ale w taki sposób, by móc rozrysować dokładną mapę wędrówki elektronów. Właśnie do tego potrzebna jest wysoka rozdzielczość.
W dłuższej perspektywie, badanie przepływu elektronów wpływa na podstawy produkcji diod, elementów światłoczułych, ogniw fotowoltaicznych i odnawialnych źródeł energii. Tego typu eksperymenty, przeprowadzane m.in. przez warszawski zespół naukowców, wpływając na rozwój innowacji w Polsce, przyczyniają się do przełomów w nauce, a w efekcie końcowym do zmiany otaczającego nas świata.

* Badania ciśnieniowe sprawdzają w jaki sposób struktura materiału reaguje na ciśnienie.

źródło: materiał prasowy

Powrót na górę