Wywiad z fizykiem mgr inż. Łukaszem Jarosińskim – doktorantem Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej, w Katedrze Fizyki Ciała Stałego na AGH.
Wywiad przeprowadziła Lena Wosik uczennica Niepublicznego Liceum Ogólnokształcącego Fundacji Królowej Świętej Jadwigi w Grodzisku Mazowieckim.
Lena Wosik: Bardzo dziękuję, że zgodził się Pan udzielić tego wywiadu. Proszę powiedzieć, czy od zawsze chciał Pan związać swoje życie zawodowe z fizyką?
Łukasz Jarosiński: Nie do końca. Idąc na studia, chciałem wybrać coś co lubię, a jednocześnie przyniesie mi utrzymanie jeszcze będąc na wydziale. Zważając na to, że w szkole bardzo lubiłem nauki ścisłe, wybór padł na wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH. Zdecydowany wpływ na ten wybór miał również fakt, że był to wtedy pierwszy kierunek w Polsce „zamawiany” pod względem stypendiów z Unii Europejskiej. Udało mi się zatem połączyć przyjemne z pożytecznym i zdobywać wysokie stypendia ucząc się. W między czasie zdobyłem także stypendium firmy ABB gdzie przy współpracy z Katedrą Fizyki Ciała stałego realizowałem pracę inżynierską i magisterską.
L.W.: Dlaczego akurat Katedra Fizyki Ciała Stałego?
Ł. J.: Kiedy zdobyłem stypendium firmy ABB zacząłem tam działać. Pracowaliśmy nad grafenem i jego właściwościami. Tymi badaniami była też zainteresowana Katedra Fizyki Ciała Stałego, skąd moje zainteresowania poszły właśnie w tę stronę.
L.W.: Jest Pan współautorem kilku publikacji na temat grafenu. Proszę opowiedzieć co to za struktura/materiał. Jakie są jego właściwości? Dlaczego jest tak wyjątkowy?
Ł. J.: Grafen to materiał dwuwymiarowy złożony z atomów węgla. Jego grubość wynosi tylko jeden atom, co czyni go najcieńszym materiałem na świecie. Posiada on wiele wyjątkowych właściwości – przede wszystkim, jest to materiał bardzo wytrzymały i elastyczny. Ma także bardzo dobrą przewodność elektryczną i cieplną. Ponadto, jest on nierozpuszczalny w wodzie i wielu innych rozpuszczalnikach, a także odporny na korozję. Jedną z najważniejszych cech grafenu jest jego duża powierzchnia w stosunku do masy – czyni go to bardzo atrakcyjnym materiałem na przykład w produkcji kompozytów, baterii, superkondensatorów, czy też elektroniki. Wszystkie te cechy na tyle fascynują naukowców że widzą w nim potencjał do zmiany wielu dziedzin naszego życia, takich jak elektronika, energetyka czy medycyna.
L.W.: Jakie są aktualne i jakie mogą być perspektywiczne zastosowania tej nowej formy węgla?
Ł. J.: Aktualnie grafen jest wykorzystywany w wielu dziedzinach, w tym w elektronice, inżynierii materiałowej, biomedycynie i energetyce. Znajduje on swoje zastosowanie w produkcji ultra-szybkich tranzystorów i diod, produkcji ekranów dotykowych, wyświetlaczy OLED i baterii litowo-jonowych. Może również stanowić wzmocnienie w materiałach kompozytowych, mieć zastosowanie w leczeniu chorób neurologicznych, nowotworowych i procesie gojenia ran, czy wykorzystywany do produkcji superkondensatorów i ogniw fotowoltaicznych.
Pod względem przyszłego zastosowania szczególny wydaje się ostatni przykład. Grafen w ten sposób może się bowiem przyczynić do rozwoju czystych źródeł energii, na które nieustannie rośnie zapotrzebowanie. Jednak jego możliwości się na tym nie kończą. Ogromny potencjał który w sobie ma może także w znacznym stopniu przyspieszyć rozwój takich obszarów jak: elektronika kwantowa, medycyna precyzyjna czy też przemysł chemiczny.
L.W.: Z czego produkowany jest grafen?
Ł. J.: Grafen jest produkowany z różnych materiałów, zwykle metodami chemicznymi lub fizycznymi. Najpopularniejszą z nich jest metoda osadzania par chemicznych (CVD), polegająca na poddaniu gazów węglowodorowych (zwykle metanu) działaniu wysokiej temperatury na metalowej powierzchni. Nie jest to jednak jedyny sposób. Inne metody produkcji grafenu to: Osadzanie z fazy gazowej (PVD), metoda łuski grafenowej, redukcja tlenku grafenu, czy metoda plazmowa. W zależności od zastosowania grafenu, różne metody produkcji mogą być preferowane, a techniki te są wciąż badane i rozwijane w celu uzyskania grafenu o jak najwyższej jakości i wydajności produkcyjnej.
L.W.: Czy ta wyjątkowa struktura jest bezpieczna? Czy może stanowić zagrożenia dla środowiska i dla naszego zdrowia?
Ł. J.: Grafen to materiał stosunkowo nowy. W dotychczasowych badaniach laboratoryjnych, wykazuje on jednak niską toksyczność i jest uważany za bezpieczny dla zdrowia człowieka. Wyniki te nie są niestety całkowicie jednoznaczne i wymagają dalszych badań. Istnieje ryzyko, że w przypadku długotrwałej ekspozycji na grafen w postaci pyłu lub cząstek, może on powodować uszkodzenia płuc, podobnie jak w przypadku azbestu. Analogicznie, wprowadzenie grafenu do środowiska naturalnego w dużych ilościach może mieć niekorzystny wpływ na ekosystemy – badania wykazały, że grafen może pejoratywnie oddziaływać na organizmy wodne i glebowe.
Naukowcy pracują jednak nieustannie nad opracowaniem standardów bezpieczeństwa, które mają chronić zarówno pracowników laboratoriów, jak i użytkowników produktów. Ważne jest więc, aby dalsze badania nad wpływem grafenu na zdrowie i środowisko nie zostały zaprzestane.
L.W.: Jednakże pracę doktorską pisze Pan z zupełnie innej tematyki: paneli słonecznych. Skąd ta zmiana?
Ł. J.: Współpraca z firmą ABB została zakończona, a ja chciałem spróbować coś nowego. Dlatego związałem się z Akademickim Centrum Materiałów i Nanotechnologii AGH, za pośrednictwem którego udało mi się uzyskać grant preludium.
L.W.: Jakie badania zostały zrealizowane w tym grancie?
Ł. J.: W tym grancie pracowałem głównie nad nowym typem ogniw słonecznych – opartych na MoS2 oraz TiO2. W nauce bardzo ważne jest żeby sprawdzać nowe rozwiązania, nawet jeśli dostarczają gorsze rezultaty niż te obecnie stosowane. W ten sposób poznajemy otaczający nas świat i możemy tworzyć lepsze teorie, a także usprawniać działające już systemy.
Nie jest to jednak wszystko. W ramach grantu wyprowadziłem także nową metodę obliczania szerokości przerwy energetycznej.
L.W.: Co to za metoda? Czy mógłby Pan więcej o niej opowiedzieć?
Ł. J.: Metoda nazywa się ILD i jest to skrót od angielskich słów „inverse logarythmic derrivative”, czyli odwrotna pochodna logarytmiczna. Dotychczas stosowane metody obliczania szerokości przerwy energetycznej z widma absorpcji, tak jak powszechna metoda Tauca, potrzebowały założenia współczynnika „m”. Bardzo często naukowcy błędnie zakładali tę wartość, przez co finalnie wynik był nieprawidłowy. W opracowanej przeze mnie metodzie ILD, udało się uzyskać taką formę równania, by nie zakładać wartości współczynnika „m” lecz wyznaczyć go z danych analitycznych jednocześnie wraz z wartością szerokości przerwy energetycznej.
Od tego momentu wartość współczynnika „m” nie jest więc zakładana przez człowieka, ale wynika z danych analitycznych – co stanowi ogromny skok jakościowy w analizie danych spektrofotometrycznych.
L.W.: Bardzo dziękuję za interesującą rozmowę i życzę dalszych sukcesów naukowych. Ł. J.: Również dziękuję.
