Projekt megnevezése: Generációváltást jelentő elektronmikroszkóp beszerzése, a magyar anyagtudomány open laboratóriuma
Támogató: Pénzügyminisztérium
A projekt az Európai Unió és Magyarország Kormánya közös finanszírozása keretében az Európai Regionális Fejlesztési Alaptámogatásával a Versenyképes Közép-Magyarország Operatív Program – Stratégiai K+F műhelyek kiválósága részben valósul meg.
Kedvezményezett: Energiatudományi Kutatóközpont
Projekt azonosító: VEKOP-2.3.3-15-2016-00002
Konzorciumvezető/Témavezető: Dr. Pécz Béla
A projekt támogatásának összege: 479 425 713 Ft
Támogatásintenzitás: 100%
Futamidő: 2016.12.01-2019.11.30.
A projekt rövid leírása:
A pályázat célja az Energiatudományi Kutatóközpont versenyképességének biztosítása és analítikai/spektroszkópiai eszköztárának javítása egy TEM/STEM mikroszkóp beszerzésével. A beszerzéssel igazi generációváltás valósul meg Magyarországon a mikroszkópiában és az anyagtudományban. A felbontás 1 Angtröm alá csökken (!), a kristályos minták szélén levő atomokat sokkal jobban látjuk a delokalizáció megszűnésének köszönhetően. A mai EDS-ek, amik a karakterisztikus röntgensugárzást mérik, a pásztázó üzemmódnak köszönhetően gyakorlatilag atomi felbontásban szolgáltatnak összetételt és elemeloszlási térképeket. Bizton állíthatjuk, hogy ez a kutatási infrastruktúra fejlesztés érdemi növekedést minőségi ugrást hoz az infrastruktúrához köthető tudományterületek hazai teljesítményében,
Kiemelendő, hogy a 200 kV-os készülék alacsonyabb (pl. 80 keV) feszültségen is használható, ami lehetővé teszi érzékeny minták (szén szerkezetek, biológiai szerkezetek) vizsgálatát is. Felhasználási terület elsősorban a szilárdtest fizika, annak minden ága, félvezetők, fémek, ötvözetek, kerámiák, szervetlen és szerves nanoszerkezetek.
Mérföldkövek:
2018.06.11 – A mikroszkóp átadása
Az ország első gömbi hiba korrigált transzmissziós elektronmikroszkóppal felszerelt laboratóriumát nyitotta ma meg az MTA Energiatudományi Kutatóközpont (MTA EK). A speciális 200 kV-os transzmissziós elektronmikroszkóp (TEM) beszerzésére az intézet nyílt európai közbeszerzési eljárás után az AuroScience Kft-vel kötött szállítási szerződést. Az akár 1 Angström (0,1 nanométer) alatti felbontás új hazai lehetőségeket nyit az alapkutatásban és a kutatás-fejlesztésben: a félvezető anyagok és szerkezetek, kerámiák, fémek, 2D-anyagok és egyéb nanoszerkezetek vizsgálatában.
Az eseményen jelen voltak Lovász László az MTA elnöke, Pálinkás József az NKFIH elnöke, az NGM képviselői, számos magyar egyetem és akadémiai kutatóintézet képviselői.
2019.11.30 – Első mérési eredmények
A THEMIS 200 mikroszkópot az átadás/átvétel óta másfél éve használjuk. Ezen időszak alatt már születtek olyan cikkek, amik az új beruházás nélkül létre sem jöhettek volna. Számszerűen megjelent 15 nemzetközi folyóiratcikk rangos újságokban és 13 egyéb publikáció, előadás, poszter.
A legelső cikk, aminek megjelenéséhez az új kutatási infrastruktúra hozzájárult a Nature Scientific Instrumentsben jelent meg és bekerült az MTA tudományos hírei közé is:https://mta.hu/tudomany_hirei/hatekonyabb-es-olcsobb-napelemekhez-jarulhat-hozza-az-mta-energiatudomanyi-kutatokozpont-uj-eredmenye-109540
Az ország legjobb mikroszkópos laboratóriumát hoztuk létre Angström alatti felbontásokkal és rendkívül jól használható analitikával. Teljesen egyértelmű, hogy a projekt nagy lendületet adhat a szilárdtestfizika, anyagtudomány projektjeinek. Az anyagtudomány a mai technikai civilizációnk alapja, ennek továbbviteléért felelősek vagyunk. Ma már a fizika a kémia, sőt a biológia területének metszetét adja az anyagtudomány, amelynek modern művelőit összegyűjtve pl a gömbi hiba korrigált mikroszkópia segítségével érhetünk el fontos és nagy hatást keltő eredményeket.
2020.04.03 – Hasznosítás
Fertőtlenítő hatású nano-ezüst szemcsék az új aberráció korrigált elektronmikroszkópban ( SAJTÓKÖZLEMÉNY,2020.04.03: Fertőtlenítő hatású nano-ezüst szemcsék az új aberráció korrigált elektronmikroszkópban )
Magyarországon is használatban van ezüst nano-szemcséket tartalmazó fertőtlenítőszer, mely ráadásul magyar termék, Nanosept néven kerül forgalomba [2]. A SARS-CoV-2 járvány kapcsán (a COVID-19 megbetegedések miatt) jelentősen megnőtt az igény ennek a szernek a szélesebb körű használatára. A Nanobakt Kft. a hatékony felhasználással kapcsolatos vizsgálatok elvégzéséhez az Energiatudományi Kutatóközpont Vékonyréteg-fizika Laboratóriumának segítségét kérte. A vizsgálattal a fertőtlenítőszer ezüst szemcséinek felületi eloszlását kívánták meghatározni annak érdekében, hogy a pontos adagolás a fertőtlenítő hatás eléréséhez megállapítható legyen.
A kutatók a vizsgálathoz a gyártóval közösen modellkísérleteket végeztek, melynek során ködöléssel juttattak meghatározott mennyiségű fertőtlenítő szert egy kisebb helyiség légterébe, majd a különböző hordozókra lerakódó ezüst szemcsék eloszlását vizsgálták. Ehhez az Energiatudományi Kutatóközpont Műszaki Fizika és Anyagtudományi Intézet (EK MFA) 2018 júniusában beüzemelt mikroszkópja segítségével [3, 4] felvételeket készítettek az ezüst nano-szemcsékről.
Az EK MFA VEKOP-2.3.3-15-2016-00002 program keretében beszerzett transzmissziós elektronmikroszkópja jelenleg az ország legjobb felbontású ilyen eszköze gömbi hiba korrektorának köszönhetően. Az atomi felbontású leképezésen kívül a megfigyelt részletek analitikai vizsgálatára (EDX) is alkalmas, így használatával tized nanométeres léptékben lehet szerkezeti és analitikai információhoz jutni, ami a fentihez hasonló vizsgálatokban elengedhetetlen.
Az elvégzett vizsgálatok azt mutatják, hogy a mindössze 30 másodperc ideig végzett fertőtlenítő ködölés igen nagyszámú nanoméretű ezüst szemcsét juttat ki a felületre. A vizsgált felületen egy feltételezett fertőző nyálcsepp területére mindenképpen jut belőlük néhány (3-5) kisebb csoport. Az eredmények biztatóak abból a szempontból, hogy az ezüst-nanoszemcsés fertőtlenítővel kezelt közösségi terek és járművek biztonságosak lehetnek a járványos időszakban is.
A NanoSept fertőtlenítővel (tízszeres hígítás és 30 sec ködölés után) kijuttatott ezüst szemcsék a felületen, egy ezüst szemcse atomi felbontású képe és a szemcsék által kibocsátott Röntgen sugárzás EDX spektruma az ezüst karakterisztikus csúcsaival. A felvételt Dr. Radnóczi György Zoltán, az EK MFA tudományos főmunkatársa készítette.
2021.06.09 – Együttműködés az iparral és egyetemekkel, kutatóintézetekkel (SAJTÓKÖZLEMÉNY: https://www.mfa.kfki.hu/wp-content/uploads/2021/06/VEKOP-Sajtokozlemeny_ERFA-THEMIS-zaro-20210614.pdf)
Az Energiatudományi Kutatóközpont egy speciális 200 kV-os transzmissziós elektronmikroszkópot (TEM) szerzett be, ami 1 Angström (0,1 nanométer) alatti felbontással rendelkezik. Ez az ország első gömbi hiba korrigált transzmissziós elektronmikroszkópja, amely 2018 óta áll az ipari, egyetemi és kutatási célú felhasználók rendelkezésére. Segítségével a nanométer, vagy akár az alatti skálán szerezhetünk ismereteket a félvezető anyagokról és eszközökről, kerámiákról, fémekről.
A gömbi hiba korrektor bonyolult lencserendszer segítségével éri el azt, hogy a TEM az optikai tengelytől távoleső párhuzamos sugarakat is egy pontba (és nem egy kis korongba) fókuszálja. Ez a megoldás úgynevezett hexapólus lencséket tartalmaz. A beszerzett készülék egy Thermofisher Scientific/FEI által gyártott THEMIS 200 harmadik generációs mikroszkóp, amely egy úgynevezett image korrektorral felszerelve rendkívüli felbontások elérését teszi lehetővé a TEM képalkotásban. A készülék pásztázó (STEM) üzemmódban is működik, amely rendkívül jól hasznosítható az analitikai mérések során. A berendezés négy darab beépített röntgen detektorral rendelkezik, amelyek a mintából az elektronsugár által kiváltott karakterisztikus röntgensugárzást detektálják (EDS). Ezek elhelyezési geometriája lehetővé teszi, hogy a minta bármilyen pozíciójában (további döntés nélkül) készíthessünk elemanalízist és a pásztázó funkciónak köszönhetően elemeloszlási térképeket vehessünk fel. STEM üzemmódban a garantált felbontás 0,164 nm, az első tesztek szerint a berendezés feloldja a Si dumbell-eket, azaz a (400) távolságot a szilíciumban, ami 0,136 nm. Ennek köszönhetően az elemeloszlási térképek is atomi felbontásban készíthetők. Az első tesztek szerint az EDS detektorok határozottan nagy érzékenységgel mutatják ki egy rétegben az összetétel kis változásait.
Az új mikroszkóp szobájában rendkívüli környezetei stabilitást kellett létrehozni. Ezt szolgálja a három méter mély rezgésmentes alap, A tisztatéri szűrőkkel ellátott légkondicionáló, amely biztosítja a 0,1 C/30 perc hőmérsékleti stabilitást. A zaj és 50Hz-es mágneses térre vonatkozó (< 30 nT) értékeket is sikerült teljesíteni. Ennek következtében a mikroszkóp a gyárilag garantáltnál jobb felbontással működik
Az új mikroszkóp szobájában rendkívüli környezetei stabilitást kellett létrehozni. Ezt szolgálja a három méter mély rezgésmentes alap, A tisztatéri szűrőkkel ellátott légkondicionáló, amely biztosítja a 0,1 C/30 perc hőmérsékleti stabilitást. A zaj és 50Hz-es mágneses térre vonatkozó (< 30 nT) értékeket is sikerült teljesíteni. Ennek következtében a mikroszkóp a gyárilag garantáltnál jobb felbontással működik
Az eltelt időszakban az új laboratórium szerepet kapott az egyetemi oktatásban PhD és MSc szinten. Felhasználóként jelentkeztek a WIGNER FK, az ELTE, a SzTE, a BME és a TTK kutatói. Mintegy 30 tudományos közlemény jelent meg a köszönetnyilvánításban szerepeltetve az új infrastruktúrát. A labor nyitott a Magyarországi KKV-k és nagyipari cégek előtt is, amelyek közül eddig a Technoorg-Linda Kft. igen intenzíven, míg a SEMILAB Zrt. alkalomszerűen vette igénybe a mérési lehetőségeket.
A mikroszkóp és a szintén rendelkezésre álló FIB (Fókuszát ionnyaláb) mintapreparáció segítségével gyorsan készíthetők vékony átlátszó lamellák a vizsgálandó eszközök, rétegek akár előre specifikált részletéről. Akár egyedi atomokat is azonosíthatunk a felületen. Képi és analitikai információt nyerhetünk nagyon gyors válaszokat adva a felmerült anyagtudományi kérdésekre.
