Díky speciální vrstvě na okenní tabule, kterou se svým týmem vyvíjí na Západočeské univerzitě v Plzni, půjde uspořit energii a snad i odpadne potřeba používat klimatizaci. O objev Jaroslava Vlčka už projevila zájem soukromá firma a společně připravují patent, který bude předcházet průmyslové výrobě.
„Člověk musí být pracovitý, vytrvalý a schopný pracovat v týmu. Nevím, jak je to v ostatních oborech, ale v experimentální a aplikované fyzice nemá jednotlivec téměř žádnou šanci,“ říká vedoucí Katedry fyziky na ZČU Jaroslav Vlček. Podmínky pro úspěšné týmy jsou podle něj v Česku dobré. Za problém ale považuje příliš složitá výběrová řízení při nákupu laboratorních přístrojů. „Chápu, že je třeba chránit stát před zločineckými skupinami, ale ty se nezaměřují na nákupy výzkumných zařízení s cenou nižší než deset milionů korun,“ kroutí hlavou Vlček.
Proslavili jste se technologií na výrobu takzvaných chytrých oken. Co si pod tím má člověk představit?
Neřekl bych, že jsme slavní, ale některá média a průmyslové společnosti projevily o naši novou metodu pro přípravu průhledných termochromických vrstev VO2 na skle velký zájem. Skutečnost, že jsme schopni připravit tyto vrstvy při teplotách nižších než 300 stupňů, může mít mimořádný význam pro budoucí průmyslovou technologii vytváření chytrých povlaků na skleněných fasádách a oknech budov a na oknech dopravních prostředků.
A v čem jsou tato chytrá okna lepší než běžná okna?
Takové povlaky na nich dokáží samovolně řídit průchod infračervené složky, tedy tepla slunečního záření v závislosti na teplotě. VO2 povlak je termochromický materiál, který při určité teplotě přechodu změní své vlastnosti. Pod úrovní této teploty se chová jako polovodič s vysokou propustností infračerveného záření, tedy jako běžné sklo, zatímco nad její úrovní se chová jako kov, který infračervené záření odráží. Problém je, že se tento povlak standardními technologiemi nedá vyrobit.
Takže do oken s touto vrstvou půjde skoro stejně světla, ale méně tepla? Pojedeme třeba v autobuse a nebude do nás pražit sluníčko?
Ano, přesně tak. Velmi důležité ale je vyrábět to při nízkých teplotách, protože se tak šetří energie. Každoroční byznys kolem tenkovrstvých materiálů na velkých skleněných plochách je nikoliv milionový, ale miliardový. Například stěny všech mrakodrapů mají skleněné plochy s povlaky. Ty ale zatím nejsou „chytré“. Navíc jsme dosáhli nízké teploty přepnutí, kdy už při dvaceti stupních se začne sklo chovat jako kov, takže se značná část infračerveného záření odrazí a nejde do místnosti, nebo jak říkáte, do autobusu. I v tom je naše technologie ve světě unikátní.
V čem se bude dát využít prakticky?
Radikálně to promění využívání klimatizace v budovách a dopravních prostředcích a celkově to povede k vysokým úsporám energie.
Jak se například změní používání klimatizace?
Třeba až tak, že ve finále nebudete potřebovat žádnou. Okno vám prostě bude „chladit“ samo, jakmile se zvenku zahřeje. Doma nebo v kanceláři vám nebude nic hučet. Už nyní se čtyřicet procent energie spotřebuje na ohřívání, svícení a chlazení domů. Například Spojené státy celé léto jenom hučí klimatizacemi. Představte si, když tohle odpadne, jak velkou energetickou úsporu to bude znamenat. Okno se bude chovat jako kov, bude odrážet teplo, ale uvidíte přes něj. V tom spočívá ten trik.
Kdy se začnou tato chytrá okna vyrábět?
I přes ohromný zájem největších světových výrobců tabulového skla pro fasády a okna domů a dopravních prostředků se chytré povlaky na bázi termochromických vrstev VO2 ještě průmyslově nevyrábí. Námi dosažená kombinace nízké teploty přípravy těchto povlaků s nízkou teplotou přechodu z polovodiče na kov a dobrými optickými vlastnostmi ale překonává všechny výsledky až dosud publikované v prestižních vědeckých časopisech. Budeme na této problematice nyní spolupracovat s jednou úspěšnou firmou v České republice, s níž připravujeme společný patent vícevrstvého termochromického povlaku na bázi VO2.
Kdy očekáváte, že byste mohli patent získat a zahájit výrobu?
Zrovna nedávno jsem se v Německu účastnil mezinárodní konference o povlacích na skle. Byli tam lidé z největších světových firem, ale do roku 2021 nikdo výrobu neplánuje. Všichni o tom efektu vědí, chtěli by ho, ale nikdo to zatím nevyrábí. Jde totiž o extrémně náročný proces. Je to jako lék na rakovinu – také se ještě nevyrábí. Zahajovat výrobu ale určitě nebudeme my, my děláme výzkum. Jak jsem řekl, budeme na tom spolupracovat s jednou firmou v Česku, jejíž jméno nemůžu v tuhle chvíli prozradit, protože připravujeme společný patent. Na získání patentu začínáme pracovat už teď, v těchto týdnech.
Společně s firmou Trumpf Hüttinger se vám také podařilo vyvinout novou metodu pro velmi rychlé vytváření oxidových a oxynitridových vrstev. Má to pomoci pro zdokonalování displejů mobilů a tabletů. Jak jste s tímhle daleko?
Tuto unikátní metodu jsme vyvinuli my v našich laboratořích v Plzni. Nabídli jsme ji ke společnému patentování firmě Trumpf Hüttinger, která je významným výrobcem elektrických zdrojů pro plazmové technologie. Oni zaplatili veškeré náklady spojené s udělením patentu v zemích EU v roce 2013, v Číně v roce 2016 a ve Spojených státech v roce 2017 a podepsali se Západočeskou univerzitou exkluzivní licenční smlouvu o jeho průmyslovém využití. Pokud jde o vytváření oxidových vrstev na dotykových panelech a displejích mobilních telefonů, testy naší metody ve výzkumných laboratořích v USA byly velmi úspěšné. Potom se výrobce na Taiwanu dostal do finančních potíží a nasazení naší metody do výroby se oddálilo.
Tak to je jistě škoda. Zdokonalujete ale také odolnost lopatek u parních turbín. Přišli jste s návrhem na tvrdý materiál, který lze nanášet na ocel a zabraňuje erozi. Jak jste s tímto objevem daleko, dá se to už aplikovat v praxi?
Námi vyvinuté tvrdé ochranné povlaky sice vykázaly v zátěžových testech vysokou odolnost proti erozi vodními kapkami, ale zatím výrazně nepřekonaly všemi svými vlastnostmi původní materiál. Požadavky výrobců těchto velkých a drahých zařízení jsou celkem pochopitelně nekompromisní.
Není vám líto, že se ještě žádný z vašich stěžejních objevů nedostal do praxe a nepotkáváme se s ním v běžném životě?
Není mi to líto. Děláme výzkum a ten předbíhá výrobu o pět až deset let. Přesně jako se zmíněným lékem na rakovinu. Než profesor Antonín Holý dostal své léky do výroby, trvalo to asi patnáct let. Navíc to ani nemůžu ovlivnit. Než firma Trumpf Hüttinger nasadí naši technologii do výroby, může to také trvat velmi dlouho.
Co z vaší výzkumné práce považujete za největší úspěch?
Je to například soubor publikací z 90. let, které se věnují počítačovému modelování složitých procesů ve výbojovém plazmatu různého typu. Tyto práce velmi dobře přijala vědecká komunita a já byl na jejich základě pozván ke společné vědecké práci na významných zahraničních univerzitách v Japonsku, v Nizozemí a ve Spojených státech. V období 2005 až 2013 jsme pak publikovali sérii studií o přípravě dostatečně tvrdého, opticky transparentního a elektricky nevodivého tenkovrstvého materiálu s mimořádně vysokou teplotní stabilitou a oxidační odolností až do teplot 1600 °C. Jeho vlastnosti pak zkoumali ve Výzkumném centru Amerických leteckých sil v Daytonu a na Texaské univerzitě v Arlingtonu, s jejímž výzkumným týmem od té doby spolupracujeme. A třetím úspěšným výsledkem je vývoj už zmíněné patentované metody pro rychlé nanášení tenkých vrstev oxidů a oxynitridů. Pevně věřím, že naším velkým úspěchem bude i zmíněný výzkum v oblasti „chytrých“ oken s vrstvami VO2 na skle.
Zmínil jste Japonsko, Nizozemí a USA. Která z těchto zemí vás zaujala nejvíc a jak se tam dělá věda v porovnání s Českem?
Zaujaly mne všechny, nedá se vybrat jen jedna. V Japonsku jsem byl asi devětkrát a mám tuhle zemi velmi rád. Spolupracujeme s japonskými univerzitami, je to krásná země s příjemnými lidmi. Ve vědě se tam pracuje velmi tvrdě, možná z hlediska hodin strávených v práci ještě tvrději než v Nizozemí a USA. Zejména to platí u starší generace vědců. Mladí lidé už jezdí na dovolenou, ale padesátníci volno úplně vypouštějí. A já mám obvykle taky jenom dva týdny volna. Naše generace vědců je prostě „zkažená“ tvrdou prací.
Řekl byste, že jsou v Japonsku nebo v USA výrazně dál než my tady v Česku, nebo se s nimi můžeme srovnávat?
Ta nejlepší česká pracoviště se mohou s jejich pracovišti srovnávat. Ale celkově bych řekl, že tyto země obecně jsou ve výzkumu mnohem dál. USA je lídr skoro ve všech směrech, Nizozemí je bohatá země, kde se věnují na výzkum velké prostředky a jsou tam pro něj výborné podmínky. Nedávno jsem byl v Eindhovenu, kde teď spontánně roste druhé Silicon Valley. Vzniká tam řada spin-off firem, pracují tam ve vedení čtyřicetiletí lidé, kteří už něco umějí, ale ve vědeckém světě platí pořád za mladíky, a ti jsou velmi progresivní. Podobně je tomu i v Německu.
Napadlo vás někdy, že byste odešel trvale pracovat do zahraničí?
Ne. Jsem Čech a mým cílem bylo zejména po roce 1990, kdy jsme tu dostali obrovskou šanci a všechno se změnilo, vybudovat u nás v Plzni silné pracoviště na evropské úrovni. A zdá se, že se to poměrně daří. Měl jsem přednášky v různých zemích, strávil jsem v zahraničí mnoho měsíců, ale trvale žít v cizí zemi bych nechtěl.
Co ze své kariéry byste nejradši vyškrtl a udělal celé jinak?
Nic bych dodatečně neměnil. K žádné zásadní chybě v mém profesním životě nedošlo. Mé myšlení o životě ale do minulosti příliš nemíří. Mám jen zkušenosti a krásné vzpomínky. Přemýšlím o současnosti a o tom, co bude.
Co je vaším profesním cílem, takovou metou, na kterou byste ještě rád dosáhl?
Jsou to ty dvě oblasti výzkumu, které mají největší aplikační potenciál. První z nich je zmíněná nízkoteplotní příprava takzvaných chytrých termochromických povlaků na bázi VO2 na skle. Mám zde na mysli nejen další výzkum procesů při jejich vytváření, ale i naši snahu prosadit se v mimořádně velké konkurenci. Chci usilovat o to, aby se náš objev dal použít v průmyslových podmínkách některého z velkých výrobců tabulového skla. Problém ale je, že jak to ještě není patentované, musíme zatím výsledek našeho bádání tajit. Na konferenci se mě třeba ptali, jak jsme toho dosáhli, že jsme se dostali s přechodovou teplotou na dvacet stupňů, kdy se začne povrch skla přepínat, stává se chytrým a nepropouští teplo. Ale já musel říct: Promiňte, nemohu vám popsat, jak jsme to udělali. Druhou oblast představují velmi nadějné vrstvy oxynitridů kovů. Jejich příprava za nízkých teplot představuje obecně velký problém, protože kyslík reaguje mnohem víc než dusík. Ovšem naše zmíněná metoda tento problém uspokojivě řeší.
Jak je na tom podle vás česká věda? Co je tu nastavené dobře a co naopak drhne?
Mohu mluvit jen o našem oboru a o výzkumu na univerzitách, kde to znám. Domnívám se, že podmínky pro úspěšné týmy jsou poměrně dobré. Díky evropským fondům se v posledních letech výrazně zlepšilo jejich laboratorní vybavení. Za naprosto nevyhovující však považuji stále příliš složitá výběrová řízení při nákupu standardních laboratorních přístrojů a zařízení, jejichž ceny jsou beztak všeobecně známé. Chápu, že je třeba chránit stát před zločineckými skupinami, ale ty se nezaměřují na nákupy výzkumných zařízení s cenou nižší než deset milionů korun.
Takže vás zdržuje přílišná byrokracie při nákupu zařízení a ubírá vám čas na bádání?
Ano, dá se to tak říct. Chceme třeba koupit nový jednoduchý přístroj, ale bez právníků to nejde. Strávíme nad tím spoustu času. Přitom ve světě to takhle nechodí. My víme, kolik ty přístroje stojí, vypisovat na to složitá výběrová řízení je úplně směšné. Kromě příliš častého psaní projektů mě nic jiného neštve, mám pocit, že jinak je to v české vědě poměrně dobré. Asi tím hodně lidí naštvu, ale jsem prostě s vědeckým prostředím v Česku docela spokojený. Snad nepřijde nějaká nepromyšlená reforma.
Patříte mezi tu menšinu lidí, kteří odmalička věděli, co chtějí dělat a už jako student jste se chtěl stát vědcem?
Na gymnáziu mne nejvíce bavila fyzika a matematika. Dobře jsem se umisťoval v krajských kolech fyzikálních olympiád. Během studia fyziky na Matfyzu v Praze jsem se rozhodl stát se vysokoškolským učitelem, který kombinuje intenzivní vědeckou práci s přímou výukou. Tohoto rozhodnutí jsem nikdy nelitoval. Je úžasné pracovat s nadanými motivovanými a kultivovanými mladými lidmi a podílet se na rychlém zvyšování jejich odborné úrovně.
A jak na tom podle vás jsou současní studenti v porovnání třeba s obdobím před patnácti lety?
Jsou stejní. Výborně znám jenom doktorandy, se kterými jsem v úzkém kontaktu. Možná jen, že teď mluví dobře anglicky, což dřív tak dobře neuměli. Pracovití jsou ale stejně, nevidím žádný rozdíl. Mladá generace je prostě dobrá. Drogy tu nikdo nebere, alkohol pijí velmi málo a intenzivně se věnují svému každodennímu výzkumu. Rozhodně nelamentuji nad současnou generací, to bych byl jen směšný.
Jaké vlastnosti má podle vás vědec mít, aby mohl být úspěšný?
Vedle intelektuálních schopností a talentu musí být fascinován svým oborem a hledáním nových souvislostí mezi komplikovanými jevy. Tohle pochopení může vést k průlomovým objevům. V našem případě k přípravě zcela nových materiálů s unikátními vlastnostmi. Takový člověk musí být pracovitý, vytrvalý a schopný pracovat v týmu. Nevím přesně, jak je to v matematice nebo ve vyloženě teoretických oborech, ale v experimentální a aplikované fyzice nemá jednotlivec téměř žádnou šanci.
Mluvíte o pracovitosti a vytrvalosti. Řekl byste o sobě, že jste dříč?
Jestli myslíte pracovitý člověk s pevnou vůlí a velkou vytrvalostí, pak takový asi jsem. Myslím si však, že tyto vlastnosti musí mít každý člověk, který je ve svém oboru dobrý.
Co považujete za svou největší slabost a co je naopak vaší předností?
Mám záporné vlastnosti, ale nevím, která je nejvýraznější nebo zda je to již slabost. Za své přednosti považuji zodpovědnost, odhodlanost jít za vytčeným cílem, kladný vztah k lidem a životní optimismus.
Jak tedy vypadá váš běžný pracovní den?
Typický den je tak asi devět hodin práce, když mám přednášku, tak deset. Jsem vedoucí pracoviště, takže mám navíc administrativní a manažerské povinnosti. Moje věda je ale hlavně permanentní kontakt s doktorandy, kterých mám teď pět. Jsou to velmi chytří lidé, pořád mě bombardují a já bombarduji je. Doktorandi mě opravdu baví a jsou pro moji vědu klíčoví. Nesmím zde však zapomenout na každodenní diskuse se svými kolegy, kteří jsou dobrými odborníky v různých fyzikálních specializacích. Většinou jde o naše bývalé doktorandy ve věku do čtyřiceti let, kteří se po úspěšných postdoktorských pobytech na univerzitách v USA, Kanadě, Japonsku nebo Belgii vrátili na naše pracoviště.
O doktorandech se teď hodně mluví, především o tom, že dostávají nízká stipendia a že je to často od vědy odradí. Sledujete to u vás také?
Pokud vím, teď se jim peníze trochu zvýšily, ale mají pořád málo. U nás dostávají dvě stipendia. To státní, které je neuvěřitelně nízké, ještě méně než minimální plat, a pak od naší univerzity. Škola vypisuje granty a ty my rozdělíme mezi doktorandy. Představoval bych si pro ně ale vyšší stipendium. V Německu nebo v Nizozemí dostávají dva a půl i tři tisíce eur (78 tisíc korun – pozn. red.). Jeden doktorand v Nizozemí mi třeba řekl, abych se nezlobil, že potřebuje krátkodobý okamžitý odpočinek. Vzal svou přítelkyni a strávili týden v New Yorku. To je u našich doktorandů běžně nemyslitelné.
Dařilo se vám vždy dobře skloubit pracovní a rodinný život? Nestávalo se vám, že jste trávil v práci příliš času na úkor rodiny?
Asi jsem obě tyto důležité životní aktivity úplně dobře nezvládl. Jsem již velmi dlouho rozvedený. Vždy jsem se ale s radostí věnoval svým dvěma dnes již dospělým dětem, se kterými mám výborné vztahy.
A následují děti vaše stopy ve fyzice, nebo se vydaly někam úplně jinam?
Kdepak, ty jsem k fyzice nevedl, ale jsem na ně hrdý. Dcera je dětská lékařka a syn pracuje v automobilce jako strojní inženýr-konstruktér. Dokonce si v tom oboru udělal i Ph.D. Není mi vůbec líto, že nešli v mých stopách a nejsou fyzici, já chci, aby byli šťastní. Třeba být dětskou lékařkou a pomáhat lidem je krásné povolání, já o medicíně uvažoval také. Je to humánní.
Je pro vás vědecká práce vždy zábava a dobrodružství, nebo se to také někdy stává rutinou?
Vědecká práce je pro mne jakousi směsicí vzrušující zábavy a dobrodružství s tvrdou rutinní dřinou, bez které to prostě nejde. Mám na mysli únavné analýzy velkých souborů v případech, kdy nedostáváme dobré výsledky nebo získané výsledky nechápeme. Při těchto rozborech obvykle vznikají nápady, které vedou k postupnému úspěchu.
Je rozdíl mezi tím dělat vědu v Praze a Plzni? Jsou podmínky a příležitosti srovnatelné?
V našem oboru žádný takový rozdíl neexistuje. Musíte mít soudržný výzkumný tým motivovaných a vzdělaných spolupracovníků, kteří se vhodně doplňují, a kvalitní vybavení laboratoří. A to my máme.
Autorka je redaktorkou Hospodářských novin.