Obstála ve světě oceli, navíc v Japonsku. Vědkyně rozvíjí unikátní mikroskopii

Životní cesta Šárky Mikmekové z Ústavu přístrojové techniky AV ČR mířila z ocelového města Třince do metropole elektronových mikroskopů Brna. Klíčová však byla několikaletá zastávka v Japonsku, kde se prosadila v jedné z největších ocelářských firem světa. „Ocel má možná špatnou pověst, ale ráda bych zdůraznila, že jde o vysoce ekologický recyklovatelný materiál,“ říká v rozhovoru pro aktuální číslo časopisu A / Věda a výzkum, který vydává Akademie věd ČR.

Pocházíte ze slezského Třince, města proslulého ocelářskou tradicí. Dá se říct, že máte „ocel v krvi“?

Pravděpodobně první, co jsem zahlédla z porodnice, byla vysoká pec. V Třinci je vlastně všechno kousek od oceláren, i gymnázium, které jsem navštěvovala osm let. To se vám vryje pod kůži. V podstatě každý z našeho kraje je s ocelí nějak spojený.

Umím si představit, že někoho může takový pohled odradit: fabrika, komíny, zápach, hluk. To není moc hezké, ne?

Naopak, je to nádherné. Tavení oceli je, jako když vybuchne sopka. Krása. I samotný proces výroby oceli je fascinující. A jde o zásadní moment vzniku současné civilizace.

Asi ano, ale stejně se nemůžu zbavit dojmu, že ocelárny či železárny vytvářejí spíše ošklivé, znečištěné prostředí.

Ocelárenský průmysl dříve skutečně velice znečišťoval prostředí. Ještě když jsem chodila na gymnázium, míjela jsem tabuli, která ohlašovala stav ovzduší. Často se na ní zobrazoval červený nápis značící nebezpečí. Ale dnes už je situace na Třinecku i Karvinsku a v okolí naštěstí mnohem lepší. Ocel má možná špatnou pověst, ale já bych ráda zdůraznila, že jde o vysoce ekologický recyklovatelný materiál.

Třinecké železárny v pohledu od řeky Olše

Pojďme si ji trochu přiblížit.

Dnes jsou moderní různé kompozitní materiály, například moderní kompozitní materiály, jenže ty pak nemůžete recyklovat nebo jen velice obtížně. Oproti tomu ocel se dá kompletně recyklovat a znovu použít. To je velký bonus, ocel je opravdu „eco friendly“, což si lidé neuvědomují.

Ocel si spojujeme s minulými dobami, především s průmyslovým 19. a 20. stoletím. Zřejmě není trendy oborem, že?

Není zrovna moderní. V ocelařině nechce moc lidí pracovat, ani o její studium není takový zájem, jaký by mohl být. Mluví se o nanomateriálech, různých 2D materiálech, karbonových vláknech, což zní skvěle. A pak někomu s tímhle vědomím řekněte, ať jde studovat ocel.

Přitom není ocel jako ocel. Vyvíjejí se varianty, aby splňovaly současné požadavky průmyslu. Třeba k výrobě částí automobilových karoserií se používají takzvané TRIP ocele, s nimiž máte bohatou zkušenost. O co jde?

Ocel se vyskytuje v různých fázích, kterým se říká ferit, austenit, martenzit, bainit, perlit… Každá z těchto fází má jiné vlastnosti. Například martenzit je velmi tvrdý a pevný, ale zároveň křehký. Austenit je měkký a výborně tvarovatelný. A ferit je něco mezi tím. Takže když fáze vhodně zkombinujete, získáte velmi pevnou, a přitom tvárnou ocel. Ta se hodí právě pro automobilový průmysl, který má svým způsobem protichůdné požadavky. Chce, aby se plechy daly dobře ohnout do požadovaného tvaru a zároveň byly pevné.

TRIP kombinuje různé fáze a struktury?

Ano, TRIP ocel má výhodu tvarovatelného austenitu i pevného martenzitu. Když dojde k její deformaci, třeba při nehodě, austenit se mění v martenzit. Plech tedy při nárazu nepraskne, ale naopak se zpevní. Samozřejmě potom už nepůjde tak snadno opravit, ale zaručí nám určitou míru požadované bezpečnosti – a o tu výrobcům i řidičům vozidel jde. Vedle bezpečnosti kladou automobilky důraz na snižování hmotnosti karoserií kvůli tlaku na redukci emisí. Díky používání TRIP oceli se podařilo snížit hmotnost vozidel o více než třicet procent.

Vyrábí se také u nás, třeba právě v Třinci? Kde vlastně leží hlavní „ocelová města“ světa?

Vývoj a výroba TRIP oceli, a vlastně vysokopevnostních ocelí obecně, je drahá záležitost. Proto se jim věnují největší světové ocelárny, zejména ve Spojených státech, Japonsku a Číně. Od nás nejblíže se produkuje v rakouském Linci, s nímž také spolupracuji. V Třinci bohužel ne, tam se zaměřují zejména na válcovaný drát a tyčovou ocel. Spíše než na vývoj nových druhů se orientují na kvantitu výroby a prodej do světa.

Šárka Mikmeková působí jako vedoucí vědecké skupiny mikroskopie pro materiálové vědy v oddělení elektronové mikroskopie v Ústavu přístrojové techniky AV ČR. (CC)

Na TRIP ocel jste se poprvé zblízka mohla podívat na stáži v Japonsku. Co jste spatřila?

V Japonsku jsem se dostala do divize automobilových ocelí s tím, že budu zkoumat jejich strukturu. Přišla jsem na to, že neexistuje technika, jak materiály precizně charakterizovat. Vysokopevnostní ocel se skládá z více fází, které se náhodně rozprostírají v matrici. Představte si ji jako pudink s nasypanými rozinkami různých druhů, vlastností a velikostí. Optická mikroskopie na úkol nestačila, nedokázala zviditelnit příliš malé fáze. Pak se nabízely difrakční techniky, které ale zase zvládly zobrazit jen některé z fází, ale ne jiné.

Takže chyběla technika, jež by zobrazila všechny fáze najednou.

Třeba pomocí transmisní elektronové mikroskopie to šlo. Nicméně komplikovaná příprava vzorku ve formě tenké fólie a jeho malá velikost neumožňovaly zkoumat rozsáhlejší oblasti. Struktura těchto ocelí není homogenní, a tudíž tato technika neumí přinést informaci o její skutečné podobě. Ocele se tím pádem vyvíjely naslepo, tipovalo se, jaké jsou v nich fáze, a podle toho se optimalizovala výroba, ale dost špatně. Takže výzva pro nás zněla: vymyslete techniku, která bude umět zobrazit všechny fáze a zároveň zmapuje relativně velké oblasti. Výsledkem by byla informace, kde jednotlivé fáze jsou, kolik jich tam je a jak jsou velké.

Což se vám a vašemu kolegovi, japonskému fyzikovi Tomohiru Aojamovi, povedlo.

Skutečně se nám podařilo vyvinout techniku, která pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu zobrazuje všechny fáze ve vysokopevnostních ocelích. Přitom jasně a rychle na jednom snímku. Asi jako první na světě jsme byli schopni získat skutečně precizní informaci, jak daná struktura doopravdy vypadá. Umožňovala okamžitou zpětnou vazbu do výroby, která mohla optimalizovat technologický proces.

Co přesně na obrázku TRIP oceli zviditelněném vaší technikou vidíme? Můžu si její strukturu představit třeba jako různě barevné geometrické obrazce?

Předně, snímek je černobílý a jednotlivé fáze se zobrazují v kontrastech. Takže například ferit bude šedý, martenzit černý, bainit bílý a podobně. Dříve tak rozlišit vůbec nešly. Některé fáze měří jen několik jednotek či desítek nanometru. No vidíte, a jsme u toho. Ocel je vlastně také nanomateriál, a navíc s velmi sofistikovanou strukturou.

Vítězné foto prezentované JFE Steel. Za svůj výzkum Šárka Mikmeková získala ocenění od Japan Institute of Metals and Materials.

Co se v mikroskopu musí upravit, aby uměl tak krásně materiál zobrazit?

Důležitá je příprava vzorků. Úzce jsme při ní spolupracovali s úsekem metalografie, který pomocí speciálních leptacích technik modifikoval jejich povrchy. Působením chemických látek se jednotlivé fáze pokryly pokaždé jinou vrstvou oxidu a my jsme potom v mikroskopu zadávali takové podmínky, za jakých se fáze podařilo zobrazit.

Zmiňme, že rastrovací elektronová mikroskopie využívá pohyblivého svazku elektronů. Paprsek putuje po vzorku a podle charakteru jeho povrchu se mění úroveň signálu v detektoru. To je základní princip. Co jste museli v tomto mechanismu upravit, aby se vám celistvě zviditelnila TRIP ocel?

Bylo nutné dostat se na obrovskou povrchovou citlivost. Ta se odvozuje na základě primární energie, přičemž běžně mikroskopici používají tisíce až desetitisíce elektronvoltů. Brněnská firma Thermo Fisher Scientific nám ale upravila mikroskop tak, aby umožnil nastavení dopadu primárního svazku až na jednotky elektronvoltů!

Čeho se díky takové úpravě podařilo dosáhnout?

Přechodem z desetitisíců na jednotky elektronvoltů dochází k úplně novým fyzikálním jevům a vidíme věci, které elektrony s vysokou energií nejsou schopny vidět. Dramaticky se mění především povrchová citlivost techniky a taky se začínají projevovat nové kontrastní mechanismy. Mikroskopy jsou vybaveny různými detektory elektronů a ty jsme nastavovali tak, aby filtrovaly elektrony přesně podle našich potřeb. Vše jsme ladili až do chvíle, než jsme přišli na nejlepší možné podmínky, říkali jsme jim „sweet conditions“, za kterých byl přístroj supercitlivý na povrchové vrstvy vzorku.

Brnu se někdy přezdívá hlavní město elektronové mikroskopie. Pomohlo vám v Japonsku, že jste studovala právě v moravské metropoli?

Když chcete dělat elektronovou mikroskopii, není lepší místo na světě než Brno. Bez nadsázky. Nachází se zde mnoho firem vyvíjejících mikroskopy na světové úrovni. Jejich historie je propojena i s mým domovským Ústavem přístrojové techniky. V Japonsku mi velmi pomohlo, že jsem přijela z Moravy. Vlastně veškeré úpravy našeho mikroskopu v japonské ocelárně jsme řešili s odborníky z brněnské firmy.

Ještě vůbec nebyla řeč o tom, jak jste se do Japonska a tamní velké ocelárny jako mladá absolventka brněnského Vysokého učení technického dostala.

Měla jsem možnost strávit část doktorského studia na univerzitě v Tojamě, kde jsem pracovala v týmu profesora Kenjiho Macudy. I tam jsem se zabývala mikroskopií, ale studovali jsme hliníkové a hořčíkové slitiny, tedy slitiny lehkých kovů. Zúčastnila jsem se tehdy konference a po mojí přednášce mě oslovil člověk z ocelárenského gigantu JFE Steel Corporation. Nabídl mi, že až dostuduji, a pokud se tedy naučím dobře japonsky, můžu zkusit se u nich ucházet o místo. Nepřikládala jsem tomu velkou důležitost, protože JFE Steel je čistě japonská firma. Patří mezi deset největších zaměstnavatelů v zemi a na jednu pozici se k nim hlásí třeba dva tisíce lidí, Japonců. Proč by brali zrovna mě, Evropanku?

Vysokopecní tavení oceli v ocelárně. JFE Steel je druhá největší v Japonsku.

A vy jste přesto uspěla. Co japonské nadřízené přesvědčilo?

Mou výhodou byla specializace na elektronovou mikroskopii, ale to by samo asi nestačilo. Tehdy jsem vůbec netušila, s kým mluvím. Ukázalo se, že ten pán z konference byl velmi vysoce postaveným zaměstnancem JFE Steel. Přimluvil se za mě a já jsem k nim mohla nastoupit na pozici postdoktorandky. Zajímavé je, že taková pozice tam do té doby neexistovala. V celé firmě jsem byla jediná cizinka. Po dvou letech mi nabídli stálé místo.

Jednou z podmínek byla dobrá znalost japonštiny. Jak se vám podařilo ovládnout tento nelehký jazyk?

Už na univerzitě v Tojamě jsem byla jedinou studentkou z Evropy. Tojama je poměrně velké město, metropole prefektury, přesto jsem za celou dobu svého studijního pobytu nepotkala žádného neasijského cizince. Tamní obyvatelé neumějí dobře anglicky a mně se občas stávalo, že jsem třeba tři týdny vůbec s nikým nahlas nepromluvila. Asi po půl roce mi došlo, že to takhle není normální, sama jsem si začala připadat divná, trpěla jsem třeba samomluvou (smích).

Japonci tedy neovládali angličtinu a vy zase japonštinu. První krok jste musela nakonec udělat vy?

Ne že by vůbec neuměli, ale Japonci jsou takoví, že když nemluví opravdu výborně, tak se tomu vyhýbají. Občas jsem měla pocit, že přede mnou utíkají, jako bych měla mor. Například se báli, abych si k nim nepřisedla v jídelně, protože by se mnou museli konverzovat anglicky. Pak jsem raději na obědy nechodila a jedla svačinu sama venku. Řekla jsem si, že s tím nutně musím něco udělat, že alespoň nějaké základy japonštiny zkusím zvládnout.

Takže jste si našla učitele japonštiny nebo jste začala navštěvovat speciální kurzy? Cizinců tam přece moc nebylo. Existovaly vůbec nějaké kurzy?

No právě. Existovaly, ale ne pro Evropany. Začala jsem navštěvovat lekce určené Číňanům – jenže oni už uměli základy! Podobně jako my se učíme ve škole angličtinu nebo němčinu, v Číně je možnost učit se základům japonštiny. V kurzu jsem se tedy vůbec nechytala. Nakonec se mě ujala paní profesorka a začala mě učit soukromě. Navázaly jsme přátelský vztah, dokonce mě občas pozvala k sobě domů, což mi pomohlo. Osmělila jsem se postupně i před spolužáky a kolegy, kteří se mě přestali bát, protože viděli, že na ně nejdu s angličtinou.

Jak dlouho vám trvalo, než jste se dostala na úroveň japonštiny, s níž jste se zvládla bez problémů domluvit s kolegy?

Určitě několik měsíců. Pomohlo mi i čtení knih, začala jsem s jednoduchými komiksy pro děti a postupně si rozšiřovala slovní zásobu. Musela jsem se naučit samozřejmě i odbornou terminologii, chemické prvky, názvy vzorků a tak. Podobně jako čeština má i japonština vlastní pojmy třeba pro železo a ocel, ani u nás to nejsou žádné anglicismy nebo z latiny odvozená slova.

Jazyk jste tedy ovládla. Ten ale nebyl jedinou překážkou. Jak se vám jako Evropance podařilo obstát ve velké japonské ocelářské firmě, což je spíše mužská doména?

Byl tam obrovský konkurenční boj. Jak jsem řekla, šlo o jednu z největších japonských firem, do které se dostali jen ti nejlepší kandidáti. Každý chtěl dokázat, že na to má. Že jsem cizinka, bylo možná trochu exotické, zajímavé, ale vlastně to vůbec nehrálo roli. Byli jsme na tom totiž všichni úplně stejně – všichni jsme měli uniformy, každé ráno jsme zahajovali společnou rozcvičkou a zpěvem firemní hymny, po obědě další rozcvička...

Počkejte, opravdu jste každý den musela v práci cvičit?

No vážně. „Taisó no džikan desu“ si budu pamatovat do smrti (smích). A to není všechno. Měli jsme jasná pravidla, jak máme vypadat, jaké máme mít účesy. Nemohla jsem si třeba jen tak ostříhat nebo nabarvit vlasy, to neexistovalo. Samozřejmě jsem si nemohla lakovat nehty nebo se malovat. Dokonce není povoleno ani si vyhrnovat rukávy od uniformy. Udělala jsem to jednou a dostala jsem pokutu.

Jaký to má podle vás význam a jak jste se za takových podmínek cítila?

Japoncům takový způsob asi vyhovuje, vychází z jejich filozofie, kdy se chtějí cítit jako jeden tým. Stejnou uniformu jako já měli paní uklízečka i generální ředitel. Nepodporuje se tam individuální myšlení, což jsem pochopila po pár bolestných zkušenostech, kdy jsem si dovolila něco prezentovat formou „Já jsem udělala“. Tvrdě jsem narazila. Řekli mi: „Nejsem já, jsme my, JFE Steel.“ Padaly za to tresty, třeba týden nemůžete jíst s ostatními, případně vám sníží plat. Brala jsem to jako fakt, sice mi to vadilo, ale dělala jsem svou práci. Jsem docela odolný člověk.

Pobyt v Japonsku vás asi náležitě „zocelil“. Je pravda, že Japonci hodně pracují, že práci obětují osobní život?

Samozřejmě, osobní život tam nemá skoro žádnou hodnotu. Třeba manželé po dvaceti letech se k sobě doma před návštěvou chovají jako cizí lidé, používají formu japonštiny, kdy si netykají. Nás učili, že práce je rodina.

Ještě se prosím vraťme k otázce, jak jste se cítila jako žena v mužském prostředí ocelářů…

Jako cizinka jsem vyčnívala tak jako tak. Ale je pravda, že v Japonsku ženy pracují minimálně. Znala jsem vlastně jen jednu manželku kolegy, která chodila do práce. Ony pracují před svatbou, ale jakmile se vdají, zůstávají doma.

Vy jste dokonce vedla menší výzkumný tým. Jak na vás reagovali mužští kolegové?

Vůbec to neřešili. Tam existuje úcta k hierarchii, takže nehrálo roli, že nejsem muž.

Jak Japonci takový společenský tlak, kdy musejí popírat vlastní osobnost, snášejí? I z japonské literatury nebo z filmů víme, že odvrácenou stranou jsou relativně časté sebevraždy.

Ano, bohužel sebevraždy se objevují. Jednomu kolegovi se zabila dcera ještě na základní škole. A přímo ve firmě jsem také slyšela o několika případech. Jeden člověk se oběsil, jiný se otrávil. Případně se jednalo o úmrtí z přepracování. Kolega zemřel po pětidenní nepřetržité směně přímo na pracovišti na infarkt. Ale pozor, tam se to bere jako čest.

Zdá se, že Japonsko je nám svým smýšlením docela vzdálené. Tamní kultura je ale vyhlášená. V posledních letech je oblíbený třeba spisovatel Haruki Murakami, ale jistě i mnozí další. Jakou knihu nebo autora byste čtenářům doporučila?

Zrovna Murakami není typickým představitelem japonské kultury. Přečetla jsem od něj všechno, ale on nepopisuje skutečnou realitu. Mnohem blíže jí je autorka Hiromi Kawakamiová, teď zrovna čtu její knihu Podivné počasí v Tokiu. Ta zobrazuje pravé Japonsko, jak ho znám. Potom bych doporučila román Za sklem od Muraty Sajaky, ten je takový temnější, ale také přesně zaznamenává místní současnost.

Co vám ještě na Dálném východě přirostlo k srdci?

Miluji japonské zahrady a obdivuji zenbuddhismus. Nějakou dobu jsem se věnovala japonské lukostřelbě, což je spíš forma meditačního cvičení než střelba, jak ji známe z Evropy. Mám ráda světlou stránku Japonska, přestože v práci jsem poznávala častěji tu odvrácenou.

Japonská kultura i filozofie vědkyni učarovaly. Když v Česku kvetou magnólie, tolik typické pro asijské země, v myšlenkách se vrací na Dálný východ. (CC)

Ing. Mgr. ŠÁRKA MIKMEKOVÁ, Ph.D.

Ústav přístrojové techniky AV ČR

Vede vědeckou skupinu mikroskopie pro materiálové vědy v oddělení elektronové mikroskopie. Řeší projekty z oblasti charakterizace kovových materiálů, vyvíjí zobrazovací techniky a podílí se na jejich aplikaci v průmyslu. Přes pět let pracovala v japonské ocelářské firmě JFE Steel, z toho dva roky vedla tým vývojářů. Vystudovala Vysoké učení technické v Brně a Přírodovědeckou fakultu Masarykovy univerzity v Brně.

2/2021 (verze k listování)
2/2021 (verze ke stažení)

Text: Leona Matušková, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR; Wikimedia Commons; archiv Ústavu přístrojové techniky AV ČR; Shutterstock

Text, úvodní fotografie a fotografie označené (CC) jsou uvolněny pod svobodnou licencí Creative Commons. Další snímky jsou v plné velikosti volně ke stažení ve fotobance Akademie věd ČR.

Přečtěte si také

• Revoluční metoda českých vědců odhaluje strukturu chromozomu
• Další úspěšný krok na cestě k termojaderné fúzi, hlásí američtí vědci
• Strážci přesné sekundy. Jak se měří, uchovává a sdílí čas?
• Pevná a ohebná jako kost. Slitina je příslibem nové generace implantátů
• Čistíme vodu efektivně? Kvalitu je možné snadno zvýšit, říkají vědci
• Výměna dvou Sluncí: jaderná fúze slibuje bezpečnou a čistou budoucnost
• Pohyb světlem od dávné vesmírné sci-fi po dnešní realitu mikrosvěta
• Vize pro energii budoucnosti nabývá konkrétních obrysů díky novému tokamaku
• Bez jaderných elektráren se v Česku neobejdeme, říká předseda Komise pro energetiku
• Nový mikroskop zobrazuje pohyb molekuly velké jako tisícina vlasu, a to ve 3D