Napis #naukowcy polscy, w tle ręka w rękawiczce trzymająca probówkę

Najsłynniejszy polski naukowiec?

Czas czytania w minutach: 5

Jest pewna grupa polskich nazwisk znanych na całym świecie: Lewandowski, Kościuszko, Curie-Skłodowska… Znacie te wszystkie nazwiska, prawda? Myślę jednak, że część z Was będzie zaskoczona, dowiadując się, że jednym z najbardziej znanych, a na pewno najczęściej cytowanym polskim naukowcem był Jan Czochralski. A kim był i jaki wynalazek przyniósł mu sławę? Czytajcie dalej!

Chemia ponad wszystkim

Czochralski urodził się w 1885 roku w Kcyni, będącej wtedy pod zaborem pruskim. Tam też ukończył szkołę, zdając maturę. Uznał jednak, że nauczyciele go skrzywdzili, wystawiając mu zbyt niskie oceny, zrobił więc to, co zrobiłby1Chyba? każdy na jego miejscu: podarł świadectwo maturalne i poszedł do pracy.

A imał się różnych zadań, ale wszystkie obracały się wokół jednego tematu wiodącego: chemii, która była jego pasją. Pracował więc w różnych aptekach i drogeriach – a trzeba pamiętać, że w tamtych czasach oznaczało to w dużej mierze nie sprzedaż, tylko wytwarzanie rozmaitych specyfików. Dawało też możliwość prowadzenia własnych eksperymentów. Później zmienił nieco branżę: kolejne stanowiska obejmował w firmach zajmujących się produkcją kabli i innych wyrobów metalowych. Tam nauczył się wiele na temat badania czystych metali, jak też ich rud i stopów. W ten sposób zaczęło się również jego zainteresowanie metalami, z którymi związał większość swojej kariery naukowej.

Wolne wykłady

Równolegle uczęszczał na wykłady na politechnice w Charlottenbugru pod Berlinem – jako wolny słuchacz, ponieważ nie dysponował świadectwem maturalnym2Które, jak być może pamiętacie, podarł 🙂. Nie przeszkodziło mu to jednak w uzyskaniu stopnia inżyniera chemika. Trzeba bowiem pamiętać, że edukacja w tamtych czasach działała jednak w systemie nieco bardziej “uznaniowym”, niż dziś. A kilka lat później opracował metodę pomiaru szybkości krystalizacji metali. I wtedy właśnie przez przypadek odkrył metodę, zwana dziś metodą Czochralskiego, która zapewniła mu miejsce w historii.

Metoda Czochralskiego

O co chodzi? Pozwól, że wyjaśnię. Gdy Jan Czochralski badał tempo krystalizacji roztopionych metali, zdarzyło mu się3Jak to się czasem może zdarzyć stereotypowym, żyjącym w swoim świecie naukowcom przez przypadek, zamiast w kałamarzu zanurzyć pióro w stopionej cynie. Gdy je wyjmował, stalówka pociągnęła za sobą cienkie włókno metalu. Co w tym niezwykłego? Otóż nasz bohater postanowił wykonać dokładną analizę uzyskanego włókna i był w stanie wykazać, że jest ono całe jednym kryształem.

A to ma kolosalne znaczenie. Widzicie, naukowcy kochają kryształy. Atomy w kryształach są ułożone w bardzo regularny sposób. Oznacza to, że kryształ jakiegoś związku zawiera bardzo mało zanieczyszczeń. Ba, w chemii organicznej krystalizacja jest jedną z podstawowych metod oczyszczania związków. Polega ona na tym, że zanieczyszczony związek rozpuszcza się w odpowiednim rozpuszczalniku, a następnie pozwoli mu się powoli wykrystalizować. Do kryształu przechodzą niemal wyłącznie cząsteczki właściwego związku, a cała reszta zanieczyszczeń pozostaje w roztworze – gdyby próbowała się wbudować w kryształ, destabilizowałaby jego strukturę. Sprawia to, że kryształ stara się pozbyć ewentualnych osadzających się na nim zanieczyszczeń.

No więc Jan Czochralski opracował metodę uzyskiwania bardzo cienkich kryształów czystej cyny. I co z tego dla nas wynika? Cóż, gdyby metoda działała tylko dla cyny i pozwalała na uzyskanie wyłącznie cienkich kryształów, byłaby mało użyteczna. Szczęśliwie tak nie jest – metoda ta jest dużo bardziej uniwersalna. I Czochralski wpadł na to, żeby wykorzystać ją do uzyskiwania monokryształów krzemu.

Półprzewodniki

Krzem powinien się Wam natychmiast kojarzyć ze współczesną elektroniką – nie bez powodu mówi się przecież o “Dolinie Krzemowej”. Krzem jest tzw. półprzewodnikiem – jego właściwości elektryczne leżą gdzieś pomiędzy przewodnikami a izolatorami. O tym, jakie to dokładnie są właściwości, na pewno kiedyś napiszemy więcej. To, co trzeba wiedzieć na ten moment, to fakt, że z krzemu z odpowiednimi domieszkami da się uzyskać diody, tranzystory i inne współczesne układy elektroniczne.

Układy te są wielokrotnie mniejsze, niż stosowane wcześniej lampy próżniowe. Otworzyło to drogę do produkcji układów scalonych, a następnie komputerów, smartfonów i całej masy innych urządzeń, bez których dziś trudno sobie wyobrazić życie. Problem w tym, że przed stu laty nie było sprawdzonych metod produkcji odpowiednio czystego krzemu. I tu właśnie Czochralski doprowadził do rewolucji.

Jak więc działa to w praktyce?

Najpierw należy roztopić krzem, podgrzewając go do temperatury rzędu 1400 stopni. Do takiego płynu można dodać odpowiednie domieszki – dobrane tak, żeby odpowiednio zmodyfikowały właściwości krzemu, a jednocześnie pasowały do sieci kryształu. Następnie przygotowuje się mały zarodek – kawałek krystalicznego krzemu, który montuje się na końcu wysięgnika. Kawałek ten powinien być odpowiednio zorientowany – od tego zależy, jak będzie ustawiona sieć krystaliczna w całym produkcie.

Wysięgnik zaczyna się obracać wokół własnej osi. Po tym opuszcza się go tak, żeby zarodek zanurzył się w płynnym krzemie – i zaczyna się go powoli wyciągać. Na zarodku osadzają się wtedy kolejne warstwy: rośnie coraz większy kryształ. W zależności od szybkości obrotów, szybkości wyciągania i kilku innych parametrów, można osiągnąć walcowate kryształy różnej wielkości: do kilkudziesięciu centymetrów średnicy i do dwóch metrów długości. Taki walec może następnie zostać pocięty na cienkie plastry, które się poleruje i wykorzystuje w dalszym procesie produkcji. Cały proces odbywa się w atmosferze gazu obojętnego. Chroni on nasz półprzewodnik przed niepożądanymi reakcjami, jakim mógłby ulegać w wysokiej temperaturze.

Dziś metoda Czochralskiego jest głównym źródłem półprzewodników bazujących na krzemie4Do półprzewodników bazujących na innych pierwiastkach stosuje się inne metody, ponieważ pozwalają na uzyskanie większej czystości. Pierwszy tranzystor z krzemu wyprodukowanego tą metodą firma Texas Instruments wyprodukowała w 1954 roku. Niestety, sam wynalazca nie dożył tej chwili – zmarł w niesławie i zapomnieniu rok wcześniej. Dlaczego w niesławie?

Trudna historia

Jan Czochralski żył w czasach, kiedy w naszym obszarze Europy zachodziły bardzo duże zmiany. Przez lata pracował w Prusach – wtedy to wynalazł nowy stop stali, pozwalający na modernizację i przyspieszenie pruskich kolei, a jemu samemu przynoszący olbrzymie pieniądze. Po Pierwszej Wojnie Światowej przeniósł się do Polski5Niektórzy twierdzą, że w obawie przed rychłą dekonspiracją jego pracy na rzecz polskiego wywiadu, zrzekając się jednocześnie niemieckiego obywatelstwa – jednak to zrzeczenie nie zostało uznane przez władze niemieckie. Tak czy inaczej, podjął pracę na Politechnice Warszawskiej, która nadała mu doktorat honoris causa. To z kolei pozwoliło na nadanie mu profesury pomimo braku “normalnego” doktoratu i habilitacji.

Wkrótce przyszła Druga Wojna Światowa. Po zajęciu Polski przez Niemcy, Czochralski został przez okupantów uznany za obywatela Trzeciej Rzeszy. Dało mu to względnie dużo swobody. Pozwoliło mu to na przykład na utworzenie Zakładu Badań Materiałów, który pracował dla Niemców – zarówno cywili, jak i Wehrmachtu. Oczywiście o tym, że odbyło się to za zgodą konspiracyjnych władz Politechniki Warszawskiej, i że głównym jego celem była ochrona i ponowne zatrudnienie byłych pracowników PW, nie mówiło się zbyt głośno. Podobnie jak o tym, że Zakład zatrudniał wielu żołnierzy AK, że sabotował Wehrmacht gdzie się tylko dało, czy że produkował wyposażenie dla AK.

Efekt był taki, że po wojnie “Jan vel Johan Czochralski” został postawiony w stan oskarżenia przez prokuraturę. Udało mu się wybronić przed zarzutami. Sąd ostatecznie wydał wyrok uniewinniający, ale to nie wystarczyło, żeby przywrócić mu dobre imię. Czasy zaś były takie, że głośne przyznawanie się do współpracy z AK oznaczałoby wpadnięcie z deszczu pod rynnę…

Po wojnie

Dlatego też senat PW nie zgodził się na ponowne zatrudnienie go. Czochralski zachował pokaźny majątek, dał też radę otworzyć zakład produkujący rozmaite chemikalia (czyli nie brakowało mu środków do życia). Jednak wypadł już z obiegu naukowego. Po śmierci na zawał6W czasie rewizji prowadzonej w jego domu przez SB został pochowany w anonimowym grobie, na którym dopiero pod koniec lat 90’ umieszczono tabliczkę z jego nazwiskiem. Od jego śmierci do chwili, kiedy został w pełni zrehabilitowany, musiało upłynąć ponad 50 lat. Nastąpiło to dopiero po odnalezieniu meldunków składanych przez niego Armii Krajowej.

Bogaty życiorys wystarczyłby spokojnie na obdzielenie kilku osób. Nie mam żadnych wątpliwości, że gdyby nasz bohater żył w spokojniejszych czasach, wszyscy uczylibyśmy się o nim w szkole. Jednak historia ułożyła się tak, a nie inaczej, co oznacza, że najczęściej cytowany polski naukowiec, którego nazwisko znają ludzie związani z elektroniką na całym świecie, we własnej ojczyźnie – poza gronem związanym zawodowo z chemią czy elektroniką – jest niemal nieznany.

Źródła:

https://linktopoland.com/en/jan-czochralski-little-known-in-poland-famous-in-the-world/

https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/czochralski-process

https://spectrum.ieee.org/the-institute/ieee-history/modern-civilization-relies-on-this-crystalgrowing-method

http://www.top-alternative-energy-sources.com/Czochralski-process.html




0 0 votes
Oceń artykuł
Powiadom mnie!
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments