Revista >> Octombrie 2018 [Nr. 208] >> Cover Story

65 de ani de microscopie electronică la INCDFM: tradiție și performanță de nivel mondial

Alexandru Batali

25 Octombrie 2018

Calitatea infrastructurii și a resursei umane nu au rămas neobservate în comunitatea științifică internațională. Din 2014, laboratorul de microscopie electronică al INCDFM face parte din CERIC (Central European Research Infrastructure Consortium, www.ceric-eric.eu), un consorţiu european de entităţi de cercetare din 9 ţări, axat pe infrastructuri de caracterizare a materialelor. Sunt peste 50 de tehnici disponibile în cadrul Consorţiului, iar din partea României INCDFM participă cu două tehnici: microscopia electronică prin transmisie şi spectroscopia electronică paramagnetică (EPR). Alături de parteneri din Austria, Croația, Cehia, Italia (cu cea mai cunoscută infrastructură: Sincrotronul de la Trieste), Polonia, Serbia, Solvenia și Ungaria, INCDFM contribuie la proiecte științifice din întreaga lume, în țari precum Austria, Franța, Germania, Croația, India, Italia, Pakistan, Portugalia, Ungaria. În prezent, laboratorul de microscopie electronică se află pe un onorant loc doi în topul preferințelor utilizatorilor CERIC.

Dr. Corneliu Ghica ne explică cum de a fost posibilă această ascensiune rapidă şi care sunt beneficiile: „Echipamentele deţinute ne-au permis să aplicăm tehnici performante de caracterizare a materialelor avansate. Ulterior, rezultatele obţinute cu ajutorul microscopiei electronice au determinat publicarea de articole în publicaţii prestigioase. Microscopia este foarte solicitată şi, deoarece nu putem acoperi toate solicitările, le selectăm pe acelea care au potenţial ştiinţific superior. În fiecare semestru avem în medie 20 de solicitări şi putem da curs doar la 3 dintre ele. De altfel, cele mai multe solicitări primite din partea unor beneficiari economici din afara României vin pe linia consorţiului CERIC şi permit INCDFM să exploateze la maxim capabilităţile celor două microscoape ultraperformante deţinute şi expertiza laboratorului de microscopie electronică. Ultima comandă în cadrul acestui consorţiu a fost făcută de o echipă de cercetători din Germania, care ne-au cerut să studiem comportamentul unui superaliaj, cu aplicabilitate în industria aeronautică, la solicitări termice şi modul în care apar anumite precipitate”.

Valoarea grupului de microscopie electronică constituit în INCDFM a condus şi la câştigarea unor proiecte ce permit şi dezvoltarea de aplicaţii. Un proiect nou, de tip Idei, a fost demarat în 2017 şi este orientat pe dezvoltarea capabilităţilor de microscopie electronică de care dispune grupul, pe parte de tomografie cu electroni - o tehnică implementată în premieră în România de echipa de microscopie din INCDFM, care doreşte să acumuleze şi mai multă experienţă în această direcţie. Clasa de materiale acoperită vizează materialele pentru senzori de gaze, de mare interes atât în străinătate cât şi în România. Un alt proiect derulat în ultimii ani, câştigat în competiţia organizată de ROSA, a fost dedicat materialelor oxidice cu proprietăţi termoizolante (bariere termice), folosite în acoperirea anumitor piese solicitate la temperaturi înalte şi la şocuri termice. Astfel de materiale sunt utilizate în construcţia motoarelor pentru avioane, a turboreactoarelor sau în instalaţiile din industria energetică care lucrează la temperaturi înalte. Nu în ultimul rând, grupul de microscopie a condus un proiect legat de industria semiconductorilor, pe parte de procesare a suprafeţelor plachetelor de siliciu, în vederea dezvoltării unui procedeu tehnologic, în curs de brevetare, de exfoliere de straturi subţiri monocristaline de pe suprafaţa de siliciu şi de transferare pe dispozitive de interes.

Planul de perspectivă
Dincolo de un trecut frumos şi de un prezent bogat în satisfacții, cum este gândit viitorul, care este miza pe termen lung? Având ca model laboratorul de microscopie electronică de la Universitatea din Antwerp, laborator de renume mondial, în care a lucrat în trecut, şeful grupului de microscopie electronică din INCDFM şi-a propus să creeze şi în cadrul INCDFM un astfel de centru performant, bazat pe un colectiv competitiv: „Momentan suntem un pol de excelență naţional şi regional, dar miza viitoare este să devenim un centru internaţional de excelență. Pentru a reuşi să atingem acest obiectiv este necesar să dezvoltăm o echipă capabilă să răspundă oricărui tip de solicitări, prin capacitatea de a exploata la maxim performanţele echipamentelor deţinute şi tehnicile de lucru abordate: unele noi, altele insuficient utilizate. Este nevoie în acest sens de un suport financiar constant şi consistent. (Printre altele, numai contractele de service, absolut necesare pentru astfel de echipamente sofisticate, sunt de ordinul zecilor de mii de Euro pe an pentru un singur echipament). Pe de altă parte este nevoie de mărirea echipei, poate chiar de dublarea sa, dar mai ales de concentrarea eforturilor şi specializarea pe câteva direcţii clare, predominante. Momentan efortul ştiinţific este dispersat pe foarte multe tematici, din cauza sistemului de finanţare existent, lipsit de predictibilitate, sărac în competiții, care seamănă uneori cu un fel de loterie în care eşti obligat să joci şi în care nu ai certitudinea că vei putea continua cercetările în următorii ani. Direcţiile esenţiale pe care dorim să ne focalizăm sunt cele în care deja avem expertiză şi generăm rezultate valoroase: straturi subţiri şi materiale pentru microelectronică şi optoelectronică; materiale nanostructurate cu aplicaţii diverse; şi, posibil, domenii de interfaţă între ştiinţa materialelor şi ştiinţele vieţii, care ar necesita achiziția de echipamente noi şi cooptarea de tehnicieni buni”.

***
Dacă în anii ’80-’90 se manifesta un pregnant fenomen de migrație a cercetătorilor români către marile laboratoare din țările dezvoltate pentru a utiliza echipamente științifice inexistente în România, la INCDFM situația s-a inversat într-un mod fericit: cercetători din străinătate au devenit interesați de accesarea echipamentelor de cercetare din INCDFM, microscopia electronică de la Măgurele fiind a doua cea mai solicitată tehnică experimentală în cadrul proiectelor derulate în consorțiul CERIC. Activând în consorțiul CERIC, INCDFM este astfel un exportator de valori intelectuale, contribuind la creșterea vizibilității și prestigiului României în comunitatea științifică internațională.

Microscopia electronică, un domeniu științific în ascensiune
La 87 de ani de la construirea primului microscop electronic prin transmisie de către Ernst Ruska și Max Knoll în 1931, microscopia electronică reprezintă astăzi un domeniu științific în sine, aflat în continuă dezvoltare și, pe de altă parte, un instrument sine qua non în caracterizarea microstructurală a materialelor avansate. De la început este bine de făcut distincția între cele două ramuri mari ale acestui domeniu, și anume microscopia electronică cu baleiaj (în limba engleză Scanning Electron Microscopy, SEM), utilizată în analiza la scară microscopică a formei și compoziției chimice a suprafeței obiectelor macroscopice sau microscopice investigate, și microscopia electronică prin transmisie (în limba engleză Transmission Electron Microscopy, TEM) folosită în caracterizarea structurii cristaline, a defectelor microstructurale și a compoziției chimice din „interiorul” materialelor, informație obținută în urma traversării materialului de analizat de către un fascicul de electroni. Împreună, cele două tehnici microscopice pot crea un tablou foarte cuprinzător privind proprietățile microstructurale ale unui obiect/material analizat, pornind de la nivel macroscopic până la detalii de dimensiuni atomice. Trăim în era nanotehnologiilor, iar accesul, poarta de intrare în această lume se face prin intermediul microscopiei electronice.
Istoria formării școlii de microscopie.