Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk

Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk (IWC PAN, także UNIPRESS) – instytut naukowy Polskiej Akademii Nauk, którego działalność obejmuje fizykę, inżynierię materiałową oraz rozwój technologii wykorzystujących wysokie ciśnienie. Instytut został utworzony w 1972 roku. Wysokie ciśnienie wykorzystywane jest w nim zarówno do badania i modyfikowania właściwości materii, jak i do syntezy nowych materiałów.

Do głównych obszarów badań należą fizyka i technologia półprzewodników azotkowych, w szczególności azotku galu (GaN), technologie terahercowe, materia skondensowana i nadprzewodnictwo, biomateriały i nanomateriały, technologie wysokociśnieniowe oraz magazynowanie wodoru.

Historia

Instytut wywodzi się z grupy badawczej działającej wcześniej w Instytucie Fizyki PAN. W 1972 roku zespół kierowany przez Sylwestra Porowskiego został wyodrębniony jako Zakład Doświadczalny „UNIPRESS” w strukturach Instytutu Fizyki PAN. Nazwa UNIPRESS, używana również współcześnie, nawiązuje do uniwersalnego zastosowania wysokiego ciśnienia w badaniach fizycznych i technologicznych.

W kolejnych latach jednostka kilkukrotnie zmieniała status organizacyjny: w latach 1972–1976 działała jako Zakład Doświadczalny „UNIPRESS” Instytutu Fizyki PAN, w latach 1976–1982 jako Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Wysokich Ciśnień „UNIPRESS” PAN, w latach 1982–1992 jako Zakład Wysokich Ciśnień PAN, w latach 1992–2004 jako Centrum Badań Wysokociśnieniowych PAN, od 2004 roku działa pod nazwą Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk.

Pierwszym wieloletnim kierownikiem jednostki był Sylwester Porowski, który kierował nią w latach 1972–2010. W latach 2011–2022 dyrektorem była Izabella Grzegory, a od 2023 roku funkcję dyrektora pełni Michał Boćkowski.

Badania i osiągnięcia

Azotek galu i niebieska optoelektronika

Jednym z najważniejszych kierunków badań rozwijanych w UNIPRESS stała się technologia otrzymywania wysokiej jakości monokryształów azotku galu (GaN). Materiał ten jest półprzewodnikiem szerokoprzerwowym stosowanym m.in. w diodach elektroluminescencyjnych, laserach półprzewodnikowych i energoelektronice.

W 1984 roku J. Karpiński, J. Jun i Sylwester Porowski opublikowali wyniki badań równowagi układu Ga–GaN–N₂ oraz wzrostu GaN z roztworu pod wysokim ciśnieniem azotu. W doświadczeniach uzyskano kryształy GaN i warstwy epitaksjalne w temperaturze około 1500 °C i przy ciśnieniu około 16 kbar.

Dalsze prace zespołu pozwoliły na otrzymywanie monokryształów GaN o bardzo małej gęstości dyslokacji. W przeglądzie opublikowanym przez Izabellę Grzegory w 2001 roku wskazano, że kryształy uzyskiwane metodą wysokociśnieniową były niemal pozbawione dyslokacji i mogły służyć jako podłoża do wzrostu wysokiej jakości struktur epitaksjalnych. W pracy odnotowano również wykonanie przez Shujiego Nakamurę struktury diody LED emitującej przy długości fali 470 nm na krysztale GaN wzrastanym pod wysokim ciśnieniem.

Badania nad kryształami GaN stały się podstawą rozwoju polskiej technologii struktur kwantowych i laserów półprzewodnikowych. 12 grudnia 2001 roku zespół kierowany przez Sylwestra Porowskiego publicznie zaprezentował niebieski laser półprzewodnikowy wykorzystujący monokryształy GaN. Za to osiągnięcie Porowski otrzymał w 2002 roku nagrodę Prezydenta RP za najlepszy wynalazek w dziedzinie produktu lub technologii.

W 2013 roku Sylwester Porowski otrzymał Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w obszarze nauk chemicznych i o materiałach za opracowanie wysokociśnieniowej metody otrzymywania monokryształu azotku galu.

Współcześnie IWC PAN prowadzi badania obejmujące cały ciąg technologiczny półprzewodników azotkowych: od krystalizacji objętościowych kryształów GaN i przygotowania podłoży, przez epitaksję metodami HVPE, MOVPE i PAMBE, po projektowanie i charakteryzację urządzeń elektronicznych i optoelektronicznych.

Promieniowanie terahercowe

Drugim ważnym kierunkiem badań jest fizyka i technologia promieniowania terahercowego (THz). Badania obejmują generację, detekcję i przetwarzanie fal terahercowych, struktury półprzewodnikowe oraz zjawiska zachodzące w materiałach niskowymiarowych.

W 2025 roku Wojciech Knap, związany z IWC PAN oraz laboratorium CENTERA w CEZAMAT Politechniki Warszawskiej, otrzymał Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w obszarze nauk matematyczno-fizycznych i inżynierskich za opracowanie nowych metod detekcji, wzmacniania i generowania fal terahercowych przeznaczonych m.in. dla ultraszybkiej komunikacji bezprzewodowej.

Pozostałe kierunki badań

Instytut prowadzi również badania nad: projektowaniem i konstrukcją aparatury wysokociśnieniowej, nadprzewodnikami i materią skondensowaną, materią miękką, w tym ciekłymi kryształami i szkłami, biomateriałami i nanomateriałami do zastosowań medycznych i weterynaryjnych, nanohydroksyapatytem stosowanym w medycynie regeneracyjnej, przetwarzaniem materiałów z wykorzystaniem wysokiego ciśnienia, technologiami magazynowania wodoru, wysokociśnieniowym przetwórstwem materiałów biologicznych i żywności.

Transfer technologii

Od początku działalności UNIPRESS część prowadzonych badań była ukierunkowana na praktyczne zastosowania technologii wysokociśnieniowych. Na bazie technologii rozwijanych w Instytucie powstało kilka przedsiębiorstw typu spin-off lub przedsiębiorstw wykorzystujących rozwiązania opracowane przez jego zespoły.

Do wymienianych przez Instytut należą: Cynel Unipress – utworzony w 1984 roku w związku z technologiami lutowniczymi, Hydron Unipress – utworzony w 1988 roku, zajmujący się urządzeniami do hydroekstruzji, KD Unipress – utworzony w 1990 roku, związany z mikromechaniką i piłami drutowymi, Wacer – utworzony w 1992 roku, związany z zaawansowaną ceramiką, TopGaN – utworzony w 2001 roku w celu komercjalizacji technologii azotkowych diod laserowych.

Powstanie TopGaN było związane z przejściem od laboratoryjnej demonstracji niebieskiego lasera do rozwoju technologii i urządzeń przeznaczonych do zastosowań praktycznych.

Organizacja i kadra

Według danych Instytutu zatrudnia on obecnie około 250 osób i posiada 13 laboratoriów badawczych. Wśród pracowników znajduje się 16 profesorów, 18 doktorów habilitowanych oraz około 70 osób ze stopniem doktora.

Instytut posiada uprawnienia do nadawania stopni doktora i doktora habilitowanego w dyscyplinach nauki fizyczne oraz inżynieria materiałowa. Kształcenie doktorantów odbywa się m.in. w ramach Warszawskiej Szkoły Doktorskiej Nauk Ścisłych i BioMedycznych Warsaw-4-PhD.

Lokalizacje

IWC PAN prowadzi działalność badawczą w pięciu lokalizacjach:

Budynek Główny – ul. Sokołowska 29/37, 01-142 Warszawa; siedziba Instytutu, krystalizacja GaN metodą HVPE oraz badania materiałów pod bardzo wysokim ciśnieniem; Budynek Nowych Technologii – al. Prymasa Tysiąclecia 98, 01-424 Warszawa; laboratoria badawcze, w tym pomieszczenia typu cleanroom wykorzystywane w badaniach półprzewodników i biomateriałów; laboratoria w CEZAMAT Politechniki Warszawskiej – ul. Poleczki 19, 02-822 Warszawa; laboratorium badań promieniowania terahercowego; Laboratorium Syntezy Amonotermalnej IWC PAN – ul. Strużańska 8, 05-126 Stanisławów Pierwszy; krystalizacja GaN metodą amonotermalną oraz przygotowanie podłoży GaN; Park Innowacyjny UNIPRESS – Instytutowa 7, Lasek, 05-430 Celestynów; technologie hydroekstruzji i wysokociśnieniowego magazynowania wodoru.

Przypisy

Linki zewnętrzne Oficjalna strona Instytutu Wysokich Ciśnień PAN

Wysokich Ciśnień Wysokich Ciśnień PAN