На цю тему науковець представив доповідь на засіданні Президії НАН України. Доповідач ознайомив присутніх із результатами фундаментальних і прикладних досліджень, пов’язаних із фемтосекундною лазерно-індукованою генерацією поверхневих нано/мікроструктур, на основі яких розробив новітні технології оброблення поверхні матеріалів. Ці технології універсальні, екологічно чисті, з високою швидкістю обробки. До того ж вони не потребують витратних матеріалів і мають значний потенціал дальшого розвитку та використання.
Ярослав Гніліцький, випускник Київської політехніки, доктор філософії (PhD), у 2012 році закінчив магістратуру Київського політехнічного інституту імені Ігоря Сікорського і у 2017 році захистив дисертацію, навчаючись в Університеті Модени (Італія); працював там як постдок. У 2018 році заснував стартап «НовіНано Лаб» у Львові, роботу в якому поєднує з науково-педагогічною діяльністю у Львівській політехніці, на посаді доцента кафедри прикладної фізики та наноматеріалознавства Інституту прикладної математики та фундаментальних наук.
Пропонуємо ознайомитися з найважливішими думками виступу. Загалом у доповіді «Фемтосекундне лазерно-індуковане нано/мікроструктурування поверхні: теорія та застосування» йдеться про те, що одним із перспективних напрямів використання фемтосекундних лазерів є функціоналізація поверхні металевих матеріалів унаслідок формування на ній стаціонарних періодичних наноструктур, що виникають під дією надкоротких лазерних імпульсів.
Явище утворення лазерно-індукованих періодичних поверхневих структур (ЛІППС) відоме науці вже близько 50 років, однак за цей час не було запропоновано жодного рішення, яке давало б змогу перевести цю технологію з наукових лабораторій до індустрійного використання. Традиційний підхід до отримання ЛІППС полягає в бомбардуванні одиниці площі поверхні тисячами імпульсів із густиною потужності, меншою за абляційний поріг.
Новий підхід, який запропонував Ярослав Гніліцький, ґрунтується на використанні на одиницю площі двох-трьох імпульсів, але з дуже високою густиною потужності, що значно перевищує абляційний поріг. Така технологія дає змогу отримувати суперрегулярні періодичні наноструктури на поверхні різних матеріалів, зокрема титану, молібдену, нікелю, хрому, вольфраму нержавіючої сталі, нікельхрому тощо.
Уперше запропоновано теоретичну модель, яка не лише пов’язує регулярності ЛІППС з довжиною плазмон-поляритонної хвилі, що збуджується поверхневою електромагнітною хвилею, а й ураховує роль природи самого матеріалу, тобто кожний матеріал по-своєму впливає на появу цих наноструктур на поверхні.
Нова технологія дає змогу досягти високої швидкості поверхневої обробки — 3 м/с, що є дуже важливим показником для практичного застосування. Це викликало зацікавлення до цієї розробки з боку індустрії.
Науковець також уперше запропонував фізичну модель утворення таких суперрегулярних наноструктур на поверхні. Вона ґрунтується на двотемпературній моделі металу в комбінуванні з класичною теорією молекулярної динаміки. Моделювання проведено на суперкомп’ютері Національного наукового фонду США (NSF).
Змінюючи середовище, можна керувати формою отримуваних поверхневих наноструктур. Скажімо, якщо експериментувати у водному середовищі, то завдяки поверхневому натягу води протрузія стає більш гладкою. На форму наноструктур можна також впливати варіюванням хімії поверхні металу.
Слід наголосити, що науковець працює і з максенами — новітніми двовимірними наноматеріалами, які відкрив видатний український науковець, професор Університету Дрекселя (США) Юрій Гогоці.
Налаштувавши відповідним чином параметри лазера, можна отримувати заздалегідь задані форми та розміри періодичних структур на поверхні. Ця технологія дає змогу формувати квадратні, круглі, сферичні форми, отримувати одночасно мікро- та нанорозміри структур, керувати властивостями поверхні.
Наприклад, була створена супергідрофобна поверхня металу. Явище супергідрофобності називають ще лотос-ефектом, оскільки в природі поверхня листка лотоса відома своєю практично повною незмочуваністю.
Іншим прикладом можливого застосування є створення структур з антибактеріальними властивостями. Завдяки лазерній обробці матеріалу значно ускладнюється формування контакту бактерій з поверхнею, що унеможливлює розростання їхніх колоній, тобто бактерії гинуть, а біоплівка на поверхні майже не утворюється.
До того ж продемонстровано, що для зразка обшивки літака, що оброблений лазером, характерна дуже низька адгезія з льодом, а отже, така технологія може підвищити захист фюзеляжу від обмерзання на великих висотах.
Отже, розробленій технології фемтосекундної лазерно-індукованої генерації поверхневих нано/мікроструктур притаманні певні переваги, зокрема:
- висока якість отримуваних наноструктур на великій площі поверхні;
- висока швидкість процесу оброблення (3 м/с);
- простота технологічного процесу: він одностадійний, не потребує створення вакуумного середовища чи додавання хімічних речовин;
- за цією технологією можна обробляти практично будь-які матеріали.
У 2018 році завдяки голові Ради директорів і співзасновнику компанії SoftServe Ярославу Любінцю та CEO компанії SoftServe Крісу Бейкеру на базі цієї технології засновано стартап з венчурними інвестиціями 1,2 млн євро. Це стало першим вагомим кроком до успішного розвитку лабораторії «НовіНано Лаб» у Львові. Її співробітникам вдалося виграти конкурси на кілька грантів, зокрема на чотири досить великі європейські, один американський і один грант за програмою НАТО «Наука заради миру та безпеки». Останній їхній європейський проєкт LaserPro, у якому беруть участь Україна, Литва та Чехія, має на меті створення у Львові хабу фотоніки.
Усі наукові здобутки цього спрямування опубліковані у високорейтингових профільних наукових журналах. Також Ярославові Гніліцькому вдається активно розширювати взаємовигідне співробітництво з провідними університетами та установами Національної академії наук України, оскільки технологія універсальна і може мати дуже широкий спектр застосування.
Повний текст доповіді — у додатку.
