Beszélgetés Szabó József doktorandusszal
FÉMEMULZIÓK LÉTREHOZÁSÁVAL NEM FOGLALKOZNAK SEHOL MÁSUTT A VILÁGON
Lám, mit tesz egy focimeccs, amit követi egy másik, azután egy harmadik. Az elsőn is, meg a többin is, együtt rúgja a labdát a professzor, a doktorandusz, az egész társaság. Megtudom, most már rendszeres a testnek ilyetén való edzése, kiváltképp a doktori iskola tagjai között. Csapat épül – így mondják erre jellemzésként humánkérdésekkel foglalkozó szakértők.
A Miskolci Egyetemen, az Anyagtudományi Karon, ennek a kis kutató csoportnak - amely Kaptay György professzor tevékenységének égisze alatt működik - tagja Szabó József doktorandusz hallgató. A kérdés kézenfekvő, mivel is foglalkozik? Ám, a válasz előtt el kell mondani, ezen a karon már a BSc-s egyetemisták is bekapcsolódhatnak a kutatásokba, mentoraik nem mások mint a mesterkurzusok hallgatói, őket pedig a leendő doktorok segítik, nekik pedig a témavezetők az istápolóik. Egy rendszer, amelyre általánosan az mondható: tehetséggondozás. (Mellesleg Szabó József doktorandusz, mint mondja természetszerető, természettudományok iránt érdeklődő ember, aki egy kelet-magyarországi vegyes kórusban énekel is, és aktív tagja a cserkész mozgalomnak.) Tehát a válasz:
Amivel a kutatócsoporton belül foglalkozom, az a fémemulziók előállítása. Az emulziókat a vegyészek elég régen ismerik, mi is találkozhatunk az emulziókkal a hétköznapokban sok helyen, például élelmiszerek között (majonéz, vaj, tejföl stb.), kozmetikumokban (pl. arckrémek, naptej), gyógyszerészeti készítményekben. Emulziót úgy kapunk, ha egy folyadék apró cseppjeit szétoszlatjuk egy vele nem elegyedő másik folyadékban, ekkor a végeredmény szabad szemmel egyneműnek látszik. (Ha nagy nagyítású mikroszkóppal megvizsgálnánk, akkor megláthatnánk azokat a bizonyos cseppeket.) Hétköznapi példa: az olaj és víz egymással nem elegyednek, de hogyha jól összerázzuk, összekeverjük ezeket, a kisebb részarányú folyadék cseppjei eloszlanak a másik anyagban. Ha ezt a rendszert magára hagyjuk, akkor az azonos típusú cseppek megtalálják egymást, az olaj az olajjal, a víz a vízzel egyesül, és az anyagainkat az eredeti állapotban kapjuk vissza. Tehát az emulzió így nem stabil, az emulgeált állapot hosszabb idejű fenntartásához valamilyen módon stabilizálnunk szükséges. Mindez fémes rendszerekben is megvalósítható, ezt tekintjük fémemulziónak.
Milyen fémekről van szó? Egyáltalán, hogyan lehet a fémeket elegyíteni?
Két illetve több fém egymással elegyíthető, ha folyékony állapotban összeolvaszthatóak – ezt hívják ötvözésnek. Vannak azonban olyan fémek, amelyek gyakorlatilag nem elegyednek egymással, még olvadék állapotban sem. Ezek az úgynevezett monotektikus rendszerek, ilyen például az alumínium és az ólom, vagy az alumínium-bizmut rendszer. Ha ezen fémpárok hőmérsékletét olvadáspontjuk fölé emeljük, akkor ezek olvadéka egymással nem elegyedik, szétválik egymástól, mint a víz és az olaj. Ha ezek olvadékát erős behatással összekeverjük, akkor cseppeket képezhetünk a másik fém olvadékában. Ekkor jön létre tulajdonképpen a fémemulzió, mely állapotot akarjuk fixálni, stabilizálni, hogy szilárd állapotban ezt a kialakult szerkezetet tömbi anyag formájában kapjuk meg.
Mi ennek az egésznek az értelme? Mi történik akkor, ha ezek az elegyek létrejönnek?
Monotektikus rendszereket alkalmaznak ma is pl. önkenő csapágyak anyagaként, ahol az egyik fém (acél) biztosítja a mechanikai stabilitást, a teherbírást, és a vele monotektikus rendszert alkotó puha fém (pl. ólom, ón) vagy fémötvözet biztosítja a csúszó felületek mozgás közben történő kenését. A fémes emulziók gyakorlati hasznosítása reményeink szerint hasonló módon is történhet. Ma az önkenő csapágyakat a monotektikus ötvözetet alkotó alapanyagokból jellemzően porkohászati úton hozzák létre, melyben a kiindulási (monotektikus) anyagok porait préselik össze és szinterelik, zsugorítják. Az általunk alkalmazott technika viszont fémolvadékokból indul ki, és a fémes emulzió stabilizálásával törekszünk a monotektikus tömbi anyagot létrehozni. A fémemulzió önmagában nem stabil, a szétoszlatott cseppek nagyon hamar összefolynak, ezért szükséges azokat stabilizálni. Ennek érdekében a kolloidkémiában már régebb óta ismert Pickering eljárást igyekszünk itt megvalósítani, melynek lényege, hogy a két, egymással nem elegyedő olvadék cseppjeit szilárd szemcsék hozzáadásával stabilizáljuk. Olyanokkal, amelyek kisebbek, mint a stabilizálandó cseppek, és olyan határfelületi tulajdonságokkal rendelkeznek, hogy a cseppek határfelületére ülnek, így távtartó szerepet betöltve nem engedik a cseppeket összeolvadni. Kaptay professzor úrnak volt a gondolata, hogy próbáljuk meg ezt az ismert eljárást fémolvadékok esetén alkalmazni, így született meg a fémemulziós kutatási irány, amivel egyelőre csak a mi kutatócsoportunk foglalkozik.
Ezt hívják nanotechnológiának?
A nanotechnológia azért nem ezt jelenti, az a tudomány és a technika viszonylag tág fogalma. A nanotechnológia több tudományágon átívelő széleskörű tudományterület, mely valamely jellemző méretében száz nanométernél kisebb anyagok, eszközök létrehozására irányul (a nanométer a milliméter egymilliomod része), valamint vizsgálja azok speciális tulajdonságait. Tehát a nanotechnológia a nanoanyagok előállítására és vizsgálatára irányuló technológia.
Akkor Önök nem ebben a tartományban mozognak?
A nanotechnológiai kutatólaborban folyó kutatások között több olyan van, ami az említett mérettartományban mozog, például karbon nanocső előállítás, az ultrahanggal segített nanoszemcse szintézis, a szuperparamágneses nanorészecskék létrehozása, valamint a szénszálakkal erősített alumínium mátrixú kompozit előállítása során is szerepet kap egy nanoréteg. A fémemulziók létrehozásában még a mikronos mérettartománynál járunk, a nanoméretek elérése ez esetben egyelőre elérendő cél. Ami ebben a témában a nano mérettartományt közelítheti, az a szétoszlatott cseppeket stabilizáló szemcsék mérete. Különösképpen az in-situ eljárás lehet ebből a szempontból ígéretes, mely esetben a stabilizáló szemcsék az olvadék hűlése során megszilárdulva jelennek meg a cseppek határfelületén. Arra is volt már példa, hogy a stabilizáló fázis összefüggő bevonatként jelent meg a cseppek körül.
Hogyan talált a Miskolci Egyetemre, vagy éppen fordítva történt? Említette Kaptay György professzor ötletét, sejtem, hogy még szóba kerül a neve…
Szerettem volna továbbfejleszteni az eddig megszerzett tudásomat, és valami belülről hajtott a kutatás irányába is. Korábban biológia kémia szakos tanárként végeztem, amit kiegészítettem egy műszeres analitikus képzéssel, és szerettem volna egy egyetemi mesterszakos diplomát szerezni. A bolognai rendszer bevezetése után egy ideig nem is indultak mesterképzések. Aztán egy felvételi tájékoztató anyagban találtam rá a Miskolci Egyetemre, ahol nagy örömömre indítottak ilyen kurzust anyagmérnök szakon. Az egyik egyetemi kiadványban szerepelt a nanotechnológia is mint szakirány, ami nagyon felkeltette az érdeklődésemet. Mielőtt az egyetemre kerültem, eljöttem ide Miskolcra, hogy utánanézzek, mi az, amit vállalok, s állhat-e hozzám igazából közel az anyagtudomány és a nanotechnológia? Akkor megkerestem Gácsi Zoltán dékán urat valamint Kaptay György professzor urat, akik igazán segítőkészek és támogatóak voltak. A diákok is, akikkel beszéltem, elismerően nyilatkoztak a képzésekről. Úgy döntöttem tehát, érdemes lesz mégis újra iskolapadba ülni.
Van egy fiatalember, vannak alapismeretei, vannak ambíciói – mégis, hogyan alakul ki konkrétan egy kutatási irány a tanulmányok során?
Azt tudtam, hogy a nanotechnológia nagyon érdekes, új és perspektivikus terület, több ponton is kapcsolódik a kémiához, vegyészethez – klasszikus értelemben a kolloidkémiához. Az a szegmens, amivel most foglalkozom tulajdonképpen magas hőmérsékletű kolloidkémia.
Hogy futott bele ebbe a témába?
Az MSc-n Kaptay tanár úr volt az első, aki a nanotechnológia rejtelmeibe beavatott bennünket a Határfelületi nanojelenségek c. tantárgy keretei között. Ezen túlmenően lehetőségünk volt be is kapcsolódni az általa vezetett kutatócsoport munkájába, ahol több területbe is belekóstolhattunk, amit tudományos diákköri munka követett. Az egyik futó kutatási téma volt a fémes emulziók kérdése, amivel Budai István – akkor még doktorandusz – foglalkozott, aki sikeresen meg is védte a disszertációját. Ezek után kapcsolódtam be ebbe a különleges, világszínvonalúnak mondható kutatási témába. Monotektikus ötvözetekkel sokfelé foglalkoznak, de fémemulzió létrehozására irányuló kutatás ismereteink szerint csak itt, Miskolcon van jelen.
