Dr Agata Szczeszak z Wydziału Chemii UAM prowadzi badania nad włóknami, papierem oraz tuszem, które mają emitować światło widzialne o pożądanej barwie. Wyprodukowane włókna znajdą zastosowanie w przemyśle do produkcji tzw. papieru zabezpieczonego i świetlnej personalizacji kart identyfikacyjnych, a unikatowy papier i tusz do uzyskania oryginalnych opakowań i druków reklamowych.

Na trzecim piętrze w Zakładzie Ziem Rzadkich na Wydziale Chemii znajduje się pracownia m.in. dr Agaty Szczeszak, która na co dzień zajmuje się lantanowcami. Jak podkreśla, pierwiastki te często są pomijane w edukacji lub omawiane bardzo ogólnie, ale według niej są fascynujące:

- Lantanowce to pierwiastki f-elektronowe, które z uwagi na przejścia f-f elektronowe, w obrębie podpowłoki f, wykazują zjawisko luminescencji, czyli potocznie mówiąc emitują światło widzialne, które może być aktywowane promieniowaniem z zakresu ultrafioletu lub podczerwieni. W momencie, kiedy związek chemiczny, w którym będą odpowiednio dobrane lantanowce, naświetlimy lampą ultrafioletową (UV) lub laserem generującym światło podczerwone (IR), to zaobserwujemy barwną emisję.

Włókna, które świecą

Oprócz badań nad lantanowcami, dr Agata Szczeszek zajęła się projektowaniem specjalnych, ekologicznych włókien celulozowych,  w których strukturę wbudowane będą zsyntetyzowane modyfikatory luminescencyjne. Projekt realizowany jest we współpracy z Politechniką Łódzką (Katedra Włókien Sztucznych oraz Instytut Papiernictwa i Poligrafii) .

- Dzięki modyfikatorom, czyli nieorganicznym mikro- lub nanomateriałom zawierającym pierwiastki ziem rzadkich, otrzymane włókna, papier oraz tusz będą emitowały światło widzialne o pożądanej barwie. Emisja światła będzie aktywowana dwuzakresowo - promieniowaniem ultrafioletowym, podczerwonym lub jednocześnie promieniowaniem z obu tych zakresów– mówi.

Podczas badań, naukowczyni najpierw projektuje modyfikatory, które najczęściej oparte są o fluorki i wanadany oraz borany, pierwiastki ziem rzadkich. Następnie syntetyzuje materiały domieszkowane jonami lantanowców, tak aby uzyskać oczekiwany kolor emisji.

- Poprzez dobór odpowiedniego stężenia domieszek, staram się uzyskać jak najbardziej intensywną luminescencję. Ponadto, lantanowce wybieram w taki sposób, aby wzbudzać je wybraną długością fali - dodaje.

Innowacji w realizowanym projekcie jest kilka, jednak najistotniejszą jest ekologiczność otrzymanych materiałów, a także aktywowanie ich luminescencji na sposób dwuzakresowy. Emisja modyfikowanych materiałów wzbudzana będzie nie tylko z użyciem lampy UV, ale również laserem IR. Co więcej, w planach naukowców jest uzyskanie luminescencji, dzięki której włókna będą charakteryzować się odmiennymi kolorami podczas naświetlania różnymi długościami fal promieniowania wzbudzającego. Dzięki temu jeszcze trudniej będzie podrobić dokumenty lub papiery wartościowe. Dr Agata Szczeszak zajmuje się nie tylko modyfikowanymi włóknami celulozowymi, ale również specjalnym tuszem, który nie będzie widoczny gołym okiem. Luminescencyjny nadruk, będzie można odczytać dopiero po naświetleniu lampą UV. Tusz powstanie także dzięki wybranym odpowiednio modyfikatorom.

Efekty badań mogą mieć zastosowanie w życiu codziennym. Dzięki nim, unikatowy papier będzie mógł być użyty do produkcji oryginalnych opakowań lub druków reklamowych, charakteryzujących się emisją światła, o wyjątkowej atrakcyjności i rozpoznawalności. Natomiast niepodrabialne włókna celulozowe, które uzyskają naukowcy, będzie można wykorzystać do produkcji tzw. papieru zabezpieczonego, np. w papierach wartościowych.

Czytaj także: Prof. Maria Ziółek: Nie wiem, co to czas wolny

Naukowiec przyszłości

Fundusze na realizację badań pochodzą z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu LIDER IX (Nr LIDER/39/0141/L-9/17/NCBR/2018) . Kwota przeznaczona na ten projekt wynosi 1 112 250 zł. Natomiast sama dr Agata Szczeszak za swoją prace została nominowana do Polskiej Nagrody Inteligentnego Rozwoju 2019 w kategorii „Naukowiec przyszłości”. Laureatami tego wyróżnienia zostają osoby i podmioty, które w swojej pracy wykazują się "nieustannym ukierunkowaniem na przyszłość, stanowiąc podstawę zrównoważonego rozwoju gospodarczego kraju".

- Dzięki temu grantowi, przez trzy lata mogę skupić się na prowadzonych przeze mnie dotąd badaniach, ale w ujęciu aplikacyjnym. Ponadto projekt pomógł mi stworzyć zespół badawczy, który będzie specjalizować się w produkcji materiałów końcowych, czyli – luminescencyjnych włóknach, papierze i tuszu. Wyprodukowane w ramach projektu materiały wzbudziły również zainteresowanie wyrażone w listach intencyjnych od bezpośrednich odbiorców w przemyśle, tj. Polskiej Wytwórni Papierów Wartościowych S.A. oraz  Stora Enso NAREW Sp. z o.o. – jednego ze światowych liderów w produkcji papieru i opakowań konsumenckich. Dzięki uzyskanemu finansowaniu nie muszę martwić się również o zakup materiałów i aparatury, które są niezbędne do realizacji zadań badawczych w grancie. Co najważniejsze spełniłam swoje marzenie, żeby badania podstawowe poszerzyć o aspekt wdrożeniowy.