Made in Česko: Plazmová tužka aneb vše je vždy o lidech...

V tomto vysoce podnětném prostředí dokončil v roce 1990 magisterské studium Miloš Klíma, který se zde o 16 let později stal vedoucím vývojového týmu převratného, ryze českého produktu – plazmové tužky.

„Při své diplomové práci jsem řešil téma plazmochemické regenerace/redukce archeologických předmětů ve vodíkovém nízkotlakém vysokofrekvenčním plazmatu. Tím jsem se dostal k tematice použití moderních plazmových technologií k ochraně sbírkových předmětů pro muzea,“ vzpomíná Miloš Klíma.

Plazmová tužka zde vznikla na podzim 1996 během necelých dvou měsíců práce na základě výsledků cca čtyř směrů aktuálně probíhajícího výzkumu.

„Jedním ze základních požadavků při konzervování a restaurování sbírkových předmětů je výběr technologií, které jsou k předmětu co možná nejšetrnější a umožňují např. lokální působení pouze na místa, kde je to potřeba,“ vysvětluje Miloš Klíma. „To metoda plazmochemické redukce archeologických předmětů kovového charakteru ve vodíku za nízkých tlaků neuměla. Proto se hledala dostatečně šetrná, ale účinná metoda pro lokální účinky čištění archeologických předmětů nejen kovového charakteru.“

Na základě znalostí ze zmíněného výzkumu zkusil tým Miloše Klímy vytvořit v té době zcela nový reakční systém plazma-kapalina-opracovávaný předmět, kde se měly spojit kladné účinky postupného rozpouštění korozních sloučenin ve vhodných roztocích a lokálního urychlení, a současně zesílení procesů pomocí plazmatu aplikovaného přes hladinu kapaliny. K tomu byla použita právě zde studovaná radiofrekvenční supersonická plazmová tryska za sníženého tlaku, tedy v podtlakové aparatuře.

„Ukázalo se, že metoda je velmi účinná a současně k předmětu šetrná,“ vypráví Klíma. „Nevýhodou však bylo, že technologie není dostatečně mobilní a pro muzea bude drahá. Zkusili jsme tedy vymyslet, jak převést vysokofrekvenční supersonický výboj z nízkých tlaků na atmosférický tlak, což se podařilo konstrukčním řešením, kdy jako vysokofrekvenční elektroda byla zvolena dutá ocelová injekční jehla – později stabilnější tantalová dutá jehla – kterou protékal argon. Ta byla vložena do tenké kapiláry z křemenného skla, která ji izolovala od okolního prostředí. Jednopólový výboj na budicí frekvenci 13,56 MHz hořel z dutiny jehly a vázal se na charakteristickou impedanci okolního prostředí. Při této konfiguraci již stačilo jen tuto vysokofrekvenční elektrodu připevnit na rukojeť a vznikla snadno ručně manipulovatelná plazmová tužka.“

Unikátní přitom byla možnost plazmovou tužku použít i pod hladinou kapaliny. Procesy rozpouštění pevných korozních vrstev se v lokálních místech dotyku plazmatu s povrchem předmětu urychlily až o několik řádů a umožnily do několika minut očistit např. silně zkorodovanou minci. Do té doby využívané chemické technologie byly buď málo účinné, nebo naopak příliš agresivní, a rozpouštěly i vlastní nezkorodovaný materiál.

„Postupně jsme s kolegy otestovali několik základních variant řešení a v roce 1997 jsme si podali patentovou přihlášku. Poté docházelo k přiznávání patentů v jednotlivých regionech – po České republice následovaly USA, pak Evropa a poté další vybrané země. Naše plazmová tužka měla patenty celkem v pěti zemích, dnes jsou ale již zrušeny,“ říká Miloš Klíma.

„Nejdříve byly rozvíjeny aplikace pro oblasti konzervování a restaurování předmětů kulturního dědictví,“ vzpomíná Klíma. „Studovali jsme převážně reakční systém plazma-kapalina. Výzkum probíhal v rámci získaných projektů jak do oblasti základního výzkumu, tak i aplikací pro muzea.“

Postupně byly vytvořeny tři základní varianty plazmových trysek ve formě plazmové tužky, které byly dovedeny do úrovně funkčních vzorků, nebo dokonce prototypů. Avšak zatím se nenašel nikdo, kdo by je komerčně vyráběl...

První dvě konstrukční varianty našly svou realizaci v Technickém muzeu v Brně. V letech 2003–2005 se týmu v muzeu podařilo získat velký projekt pro vybudování zdejšího Metodického centra konzervace.

Výzkum a testování plazmové tužky na Masarykově univerzitě pokračovaly a ukázaly podstatně širší spektrum použití. Jedním směrem bylo využití unikátního reakčního systému plazma-kapalina k syntéze chemických sloučenin. Zvláště aplikační projekty následně vyústily do průmyslového řešení. Konstrukční varianta plazmové trysky s křemennou kapilárou, kterou obemyká dutá elektroda, našla uplatnění i v oblasti povrchových úprav materiálů a byla testována pro průmysl – automotive, dřevařský a nábytkářský, strojírenství a další odvětví.

Dalším možným využitím byly aplikace dosahování lokálně vyšších teplot v plazmatu snížením průtoku argonu plazmovou tryskou a zkoncentrováním plazmatu na jejím ústí zúžením křemenné kapiláry. Navíc, v kombinaci s aerosoly vhodných prekurzorů, barviv apod. bylo možné snadno vytvářet tenké strukturované vrstvy mající jak technický, tak i dekorační charakter.

„S těmito technologiemi jsme v roce 2006 přišli poprvé na mezinárodní veletrh ProFintech, kde měla plazmová tužka velký ohlas,“ říká Miloš Klíma. „Na základě kontaktů z veletrhu došlo k akceleraci výzkumu pro zainteresované firmy – ze skutečně velkých prestižních společností mohu jmenovat např. Preciosu nebo dnešní AGC, či například Synpo.“

Klímův tým se poté zaměřil na další výzkum s cílem získání povrchové úpravy v ploše.

„Poprvé jsme vytvořili tzv. plazmovou multitrysku, tedy systém trysek v řadách vedle sebe v rámci jediné vysokofrekvenční elektrody. Současně jsme podali novou patentovou přihlášku jak na tento typ plazmových trysek, průmyslového nástupce vlastní plazmové tužky, tak i na způsob vytváření polyreakcí při chemických aplikacích plazmatu,“ vypráví Klíma.

Vývoj šel rychle dál a v roce 2008 se dostavil další úspěch na ProFintechu. Velmi důležitou roli sehrál fakt, že tehdy se jednalo o tu „správnou“ dobu. Všichni velcí hráči na trhu s nátěrovými hmotami se tehdy snažili najít vhodné řešení, jak získat ultrahydrofobní povrchy, a Miloš Klíma a jeho tým s tím přišli jako jedni z prvních.

„Na základě tohoto veletrhu jsme získali pro další rozvoj našich plazmových technologií průmyslové partnery do dotačních projektů. Výzkum v této oblasti vyústil do hledání vhodné technologie pro vytváření omnifobních povrchů,“ vzpomíná Klíma.

V dalších letech byly nově vyvinuty a testovány tzv. plazmové štěrbinové trysky, a to až do šířky 500 mm, které vyřešily technologické problémy původních plazmových multitrysek. Ty bylo možné použít k úpravám povrchů materiálů samostatně nebo je sdružovat do celků a kombinovat s dávkováním aerosolů. Tak vznikly multištěrbinové plazmové systémy, které doposud nemají ve světě obdobu.

V roce 2012 byla založena společnost Nano Fusion se záměrem převzít od Masarykovy univerzity komercializaci vynálezu plazmové štěrbinové trysky I. a pokračovat v jeho dalším rozvoji při realizacích v průmyslu. Jedním ze spoluzakladatelů společnosti, která následně získala statut spin-off, byla spoluautorka vynálezu Maja Gašić. Prodej licence za více než milion korun do této spin-off společnosti byl největším úspěchem Centra pro transfer technologií Masarykovy univerzity.

O rok později společnost Nano Fusion společně s univerzitou úspěšně vystavovala technologie plazmových štěrbinových trysek I. na brněnských veletrzích a v dalších letech se podílela na realizacích této plazmové technologie do společností Magnum Parket, Synpo, Vyrtych a do SVV Praha, Centra lepení Brno.

Výzkum však nestál a s dalšími projekty vzniklo nové technické řešení, které umožňuje velmi snadno a bezpečně použít plazmovou štěrbinovou trysku nejen do průmyslových linek, ale také k ručnímu použití. V roce 2016 byla podána patentová přihláška na ochranu tohoto typu plazmové trysky. Na základě dalších událostí však byla vedením Masarykovy univerzity v roce 2019 zrušena.

Až do konce roku 2016 se zdálo, že se jedná prakticky o ukázkový příklad toho, jak výzkum a jeho aplikace mají probíhat.

„Po provedení statistiky dosažených výsledků v jednotlivých letech výzkumu na plazmové tužce a následných plazmových tryskách je zřejmé, že po sérii akvizičních činností se podařilo výzkum a jeho realizace rozjet na plné obrátky. Například jen v roce 2015 bylo v rámci dvou souběžně realizovaných projektů dosaženo 13 průmyslových výsledků typu funkční vzorek a ověřená technologie,“ hodnotí Miloš Klíma.

Bohužel však posléze nastala situace, kterou nikdo nepředpokládal.

Miloš Klíma k tomu konstatuje: „Výzkumní pracovníci na univerzitách jsou obvykle přijímáni pouze na dobu určitou. Výjimka v zákoníku práce umožňuje pro vysoké školy řetězit opakování těchto pracovních smluv, nicméně nikdo nepředpokládá, že toho lze zneužít v případech, kdy jsou kvalitní projekty a slibné výsledky výzkumu. Taková situace však po desetiletích velmi dobrých vztahů na pracovišti Ústavu fyzikální elektroniky PřF MU nastala. Do vedení ústavu přišel kolega ze zahraničí, který, kromě na univerzitě, rovněž působil v několika firmách z oblasti plazmových technologií. Z funkčního vysokoškolského ústavu si postupně formou statutu spin-off vytvořil soukromou firmu. Nabídka spolupráce z mé strany byla odmítnuta a bylo jen otázkou času, kdy bude zneužita výše popsaná výjimka v zákoníku práce. To se na konci roku 2016 také stalo. V průběhu několika dalších let jsem z ústavu odešel nejen já, ale i všichni kolegové z původního týmu, který pracoval na plazmové tužce a na ni navazujících průmyslových plazmových tryskách.“

Poté se Miloš Klíma snažil navázat na výzkum a aplikace štěrbinových plazmových trysek II. a přešel do projektu kolegyně doc. Zajíčkové, do laboratoří CEITECu MU.

„Nicméně po několika letech, rozhodnutím tehdejšího vedení Masarykovy univerzity a CEITECu MU, byly zrušeny veškeré výzkumné týmy pracující na tematice materiálového výzkumu na CEITECu MU. V té době jsem již také zčásti působil na FEKT VUT v Brně a společně s dalšími lidmi, především s profesorem Fialou, jsme připravovali větší projekt pro další rozvoj plazmových štěrbinových trysek II.“ říká.

Projekt se dostal jako jeden ze dvou projektů FEKT do strategického záměru VUT v Brně, na úrovni vedení univerzity se však nesetkaly s podporou.

Miloš Klíma a jeho spolupracovníci přesto dále pokračují ve výzkumu. Nicméně občas se sám sebe se smutkem v duši ptá: „Jak dále? Má ještě smysl něco nového začínat? Je známo, že i při ideálních podmínkách podpory ze strany univerzity trvá vybudování funkčního pracoviště minimálně šest až osm let. Přitom člověk stárne a do odchodu do důchodu zůstává právě tato doba… Nicméně myslím, že pokud by byla odpovídající podpora, stále to smysl dává. Ne již pro mne, ale třeba pro ty studenty, které nyní učím v laboratořích prvního ročníku na FEKT...“ uzavírá.