In a joint scientific endeavor, Dr. Stefan Arzbacher and his interdisciplinary research team at the University of Innsbruck are undertaking a comprehensive study on clathrate hydrates. These are solid inclusion compounds where gas molecules are trapped within cages formed by water molecules, yielding a stable, ice-like compound. The study aims to resolve some of the longstanding questions about the preservation mechanisms of these hydrates, a topic that has important implications for energy storage and environmental technologies. The motivation behind this research stems from the unique property of some clathrate hydrates, to withstand dissociation at conditions where they should not be able to survive according to the laws of thermodynamics. This property has been extensively studied for its potential usefulness in various fields, including energy storage and gas separation. Despite its importance, the scientific community still has inconclusive understanding of the physico- chemical processes that govern the mechanism behind the anomalous preservation. This project aims to fill this knowledge gap by employing a range of advanced techniques like X- ray diffraction, environmental electron microscopy, thermodynamic monitoring, microtomographic imaging, and numerical simulations in a unique combination never applied before. This comprehensive approach allows the project team to cover many scales, from the nanometer to larger, system-level behaviors. The primary goals of the project are twofold: First, to gain a deeper understanding of the mechanisms governing this unusual phenomenon in order to test the most prominent hypothesis the formation of a protective ice shield. Second, to develop innovative methods for the stable preservation of these hydrates, thereby making them more viable for practical applications. By focusing on the fundamental scientific questions surrounding clathrate hydrates, this research aims to advance our understanding of these complex structures and pave the way for their practical applications in energy and environmental technologies.

Projekt vychází z kombinace experimentálního vývoje a průmyslového výzkumu zajišťovaného konsorciem tvořeným dvěma členy (NUM solution s.r.o. a Ústav přístrojové techniky AV ČR, v. v. i.). Předmětem projektu je výzkum, vývoj a integrace nového kompaktního výsuvného hmotnostního spektrometru s unikátním systémem diferenciálního čerpání a integrovaným ionizačním detektorem signálních elektronů (HSID), který bude kompatibilní s environmentálními rastrovacími elektronovými mikroskopy (ESEM) i klasickými rastrovacími elektronovými mikroskopy (SEM) všech výrobců.

Projekt se bude zabývat transferem dvou hardware nástrojů a jednoho software nástroje pro EREM (environmentální rastrovací elektronový mikroskop) praxe, tedy jejich propagací vedoucí k licencování firmám vyrábějícím elektronové mikroskopy a jejich uživatelům, mezi které patří firmy podnikající v polovodičovém, chemickém, farmaceutickém, potravinářském, dřevozpracujícím, automobilovém průmyslu, ale také akademickým pracovištím.

Grant se zabývá základním výzkumem interakcí elektronů s plynem pro zobrazování vlhkých rostlinných buněk při nízkých energiích elektronového svazku. To umožní realizaci nové vize korelativní fluorescenční mikroskopie a pokročilé nízkoenergiové environmentální rastrovací elektronové mikroskopie (LEESEM) pro studium imunoznačených proteinových komplexů v plazmatické membráně tabákových buněk. 

Cílem projektu je získání znalostního a realizačního potenciálu pro vývoj a výzkum řídícího SW/SOLVERU pro optimalizaci podmínek v komoře vzorku a nového chlazeného držáku s integrovaným vysoce účinným ionizačním detektorem. Uvedené produkty a oblast VaV spadají do odvětví high-tech, které vyžaduje vysokou míru inovativnosti a produkty pro svůj úspěch musí být vysoce konkurenceschopné, což se realizací tohoto projektu podaří.

Strategií dalšího rozvoje SYNPO, a.s. je, spoluprací s akademickým partnerem, získat konkurenční výhodu na trhu v oblasti sofistikovaného vývoje zalévacích hmot a rozšířit vlastní výrobu předplněných zalévacích hmot pro elektrotechnický průmysl. Cílem je vyvinutí čtyř nových předplněných zalévacích systémů (3 pro vnitřní, jeden pro vnější použití) s tvrdidly vyhovujícími autorizaci dle REACH, jeden bude navíc perspektivně založen na ekologické epoxidové pryskyřici EnviPOXY.

Led je málo prozkoumané reakční médium, které katalyzuje množství procesů a reakcí, některé z nich, jako například bromová exploze a následné ničení ozonové vrstvy, mají velký dopad na životní prostředí. Přírodní led je hostitelem mnohých látek; jejich konkrétní umístění na ledu a chemická identita však nejsou doposud dostatečně objasněny, přestože zásadně ovlivňují jejich (foto)reaktivitu. V projektu chceme zkoumat chování chemických látek na/v ledu pomocí optické spektroskopie a environmentální elektronové mikroskopie. 

Na základě znalostí v oblasti fyziky interakcí elektronů s plynem a simulací těchto jevů bude v projektu přepracován vlastní Monte Carlo software s cílem zvýšit rychlost a přesnost simulací, a to zejména díky optimalizovanému výpočetnímu algoritmu s možností přímé integrace přesných dat o proudění plynu. Tato data budou vypočítána pomocí vylepšeného matematického modelu programu ANSYS Fluent, který v projektu vznikne. 

Centrum sjednocuje všechny klíčové akademické a průmyslové hráče v ČR, kteří se zabývají výzkumem v elektronové a fotonové optice. Aktivity Centra se zaměřují na aplikovaný výzkum a přenos technologií v oblastech elektronové mikroskopie a litografie, optické mikroskopie a spektroskopie, laserových technologií, optické a kvantové metrologie, opto-vláknových technologií, vysoce přesné optické výroby a sofistikovaných optických systémů. 

Vysoce citlivé high-tech scintilační a scintilačně-ionizační detektory signálních elektronů pro rastrovací a environmentální rastrovací elektronové mikroskopy budou pomocí matematickofyzikálního modelování a Monte Carlo simulací zkoumány a při sdílení špičkových technologií a know-how testovány a vyvíjeny. Výsledky projektu, vyznačující se špičkovou technologickou úrovní a vysokou přidanou hodnotou, staví na zkušenostech a účinné akademicko-firemní spolupráci a jsou určeny pro celosvětový trh.

Projekt se zabývá simulacemi interakcí primárních a signálních elektronů s plynným prostředím v nízkoenergiovém environmentálním rastrovacím elektronovém mikroskopu a teoretickým a experimentálním studiem jejich důsledků na detekci signálu. Jevy budou studovány a simulovány vlastním Monte Carlo programem, nově vytvořeným pro práci v podmínkách tlakového spádu čerpaných plynů. Program bude testován při návrhu “nízkorozptylové” diferenciálně čerpané komory nové koncepce a scintilačního detektoru sekundárních elektronů pro nízkoenergiový EREM. 

Projekt vychází ze systému šesti vzájemně provázaných aktivit, které podporují vědeckou excelenci oddělení Elektronová optika ÚPT AV ČR a ÚETE FEKT VUT v Brně a vytvářejí podmínky pro vzdělávání cílové skupiny v řádu stovek osob, realizované v prostředí mezinárodní vědecké spolupráce s pěti špičkovými zahraničními vědeckými pracovišti a s podporou šesti významných národních i mezinárodních firem.

Projekt se zabývá aktuálním a velmi důležitým problémem, a to studiem vlivu magnetického a elektrostatického pole na zesílení signálu sekundárních elektronů a jejich selektivní detekci v podmínkách vysokého tlaku plynů VP-SEM. V teoretické části je projekt zaměřen na simulace interakcí elektronů s molekulami plynu, na studium vzniku signálů, vzniku a koncentrace iontů a rekombinačních procesů pomocí přídavného modulu softwaru EOD využívajícího metody Monte Carlo. 

Projekt si klade za cíl vyvinout technologii pro výrobu elektrochemických senzorů jejichž pracovní elektroda je modifikována DLC (diamond-like carbon) vrstvou dopovanou fluorem, borem, popřípadě dalšími prvky. Takové senzory nejsou v současné době na trhu. Cílem projektu je pro nové senzory vyvinout aplikace, což povede ke zvýšení prodeje. V rámci projektu vzniknou dvě zařízení pro přípravu dopovaných DLC vrstev na elektrochemických senzorech.

Použití laserových technologií při výrobě solárních článků je jednou z cest zvýšení konverzní účinnosti a zároveň přináší snížení časové náročnosti některých technologických operací. Laserové procesy nachází využití především u selektivní strukturalizace vrstev, řezání, rýhování a vrtání otvorů. Projekt se zabývá výzkumem působení laserového svazku na křemíkový substrát a optimalizací parametrů opracování pro průmyslové využití. Projekt je dále zaměřena na transfer poznatků z výzkumu do návrhu a realizace prototypu multifunkčního zařízení pro laserové procesy v průmyslovém měřítku.

Projekt se zabývá jedním z dosud nevyřešených problémů v ESEM, a to detekcí pravých sekundárních elektronů způsobem, který výrazně eliminuje příspěvek nežádoucích zpětně odražených elektronů v signálu. Princip detekce spočívá v odklonění sekundárních elektronů prostřednictvím elektrostatického pole kolem vzorku (separační elektroda) a nad vzorkem (retardační elektroda) směrem k detekční elektrodě v rovině vzorku. 

Výstupem projektu bude nová metoda a high-tech technologie inteligentních snímačů extrémní diference tlaků a funkční vzorky inteligentního senzoru diference tlaků pro digitálně řízené kompenzované a korigované měření dvou extrémně rozdílných tlaků působících na měřicí senzor s jeho volitelným galvanickým nebo bezdrátovým připojením a začleněním do měřicího pole distribuovaných senzorů pro počítačové zpracování a zobrazení měřicích dat na Internetu.

Hlavním cílem výzkumného programu je propojení ústavů AV ČR, univerzit a podniků v široké oblasti od získávání a spotřeby potravin až po navazující společenské a zdravotní dopady. Program má významný aplikační potenciál, využívá již existující infrastrukturu aplikačních laboratoří pro řešení nových aktuálních problémů a výzev. Nedílnou součástí je poradenství odborné i laické veřejnosti, poskytování expertíz a konzultací a spolupráce se státní správou, politiky, médii a profesními organizacemi.

Program si klade za cíl přivést ke společným aktivitám výzkumníky a výzkumnice ústavů ze všech tří vědních oblastí a dalších pracovišť akademické i veřejné sféry. Společně se pokusíme nově nahlédnout na potenciál materiality strukturovat naše uvažování a hierarchicky dělit svět. Budeme sledovat a nově interpretovat transfer vědění a mobilitu materiálů, technologií a znalostí, a to z hlediska dopadů technického, kulturního i mocenského rázu.  

Vyvíjet detekční, analytické a zobrazovací techniky pro využití v ostatních vědních oblastech pro studium vzorků živé i neživé přírody
Do těchto technik aplikovat postupy a metody hlubokého a strojového učení a v širším smyslu umělé inteligence

Vyvíjet detekční, analytické a zobrazovací techniky pro využití v ostatních vědních oblastech pro studium vzorků živé i neživé přírody
Do těchto technik aplikovat postupy a metody hlubokého a strojového učení a v širším smyslu umělé inteligence

Mezioborový výzkum měst a jejich sociálních, kulturních i ekologických proměn a výzev
Vývoj inovativních metod diagnostiky materiálů, konstrukcí a životnosti staveb
Vznik národního uzlu evropské infrastruktury pro výzkum a ochranu kulturního dědictví
Aplikace technologie Medipix CERN v oblasti diagnostiky památek a uměleckých děl
Vytvoření společného pracoviště AV a univerzitního sektoru zaměřeného na urbánní studia

Využití fyziky nízkých teplot pro biologii a kosmický výzkum
Pokročilé neinvazivní postupy pro diagnostiku v humánním i veterinárním lékařství a v biologii
Nanodiagnostika struktur a jejich vytváření pomocí elektronových, iontových a světelných svazků
Měřicí metody a metrologie pro výzkum i průmysl
Speciální technologie pro extrémně přesné a technicky pokročilé aplikace

Využití fyziky nízkých teplot pro biologii a kosmický výzkum
Pokročilé neinvazivní postupy pro diagnostiku v humánním i veterinárním lékařství a v biologii
Nanodiagnostika struktur a jejich vytváření pomocí elektronových, iontových a světelných svazků
Měřicí metody a metrologie pro výzkum i průmysl
Speciální technologie pro extrémně přesné a technicky pokročilé aplikace

Vývoj nových postupů pro matematické modelování složitých procesů
Vývoj algoritmů pro analýzu mnohorozměrných signálů a statistických dat
Výzkum a posouvání hranic možností počítačů
Objevování závislostí a kauzálních vztahů v časových řadách