Uniwersytet Morski w Gdyni UMG

Rozmowa z dr. inż. Pawłem Góreckim – adiunktem w Katedrze Elektroniki Morskiej
na Wydziale Elektrycznym Uniwersytetu Morskiego w Gdyni

A.B.: Proszę przyjąć serdeczne gratulacje z okazji uzyskania stypendium ministra edukacji i nauki dla wybitnych młodych naukowców w 17. edycji tego konkursu. Co dla Pana znaczy uzyskanie tego stypendium?

Dziękuję. Stypendium jest dla mnie przede wszystkim potwierdzeniem, że mój rozwój naukowy przebiega właściwie. Ponadto jest motywacją do dalszej pracy oraz wyznaczania sobie kolejnych ambitnych celów.

A.B.: Nie jest to Pana pierwsze wyróżnienie, w 2020 r. była zespołowa nagroda ministra gospodarki morskiej i żeglugi śródlądowej za osiągnięcia naukowe, a wcześniej – w 2017 r. i 2018 r. – stypendia ministra gospodarki morskiej i żeglugi śródlądowej, przyznawane doktorantom za wybitne osiągnięcia. Ponadto znalazł się Pan dwukrotnie w rankingu World’s Top 2% Scientists, przygotowanym przez naukowców ze Stanford University, we współpracy z wydawnictwem Elsevier BV, za dorobek naukowy w 2020 r. oraz w roku 2021. To bardzo ważne wyróżnienia.

Każde z nich było kamieniem milowym mojej kariery naukowej. Jednak szczególne znaczenie mają dla mnie nagrody zespołowe, ponieważ przypominają, że praca na wysokim poziomie jest niemożliwa bez zespołu znakomitych ludzi, których na co dzień spotykam na Uniwersytecie:  począwszy od moich najbliższych współpracowników, z którymi dyskusje są źródłem najlepszych naukowych pomysłów, przez pracowników technicznych, którzy dbają o laboratoria badawcze, po obsługę budynków.

A.B.:  Warto jeszcze wspomnieć o Pana innych nagrodach i wyróżnieniach: zwycięstwie w konkursie „Studencki Nobel 2016” w zakresie nauk ścisłych i technicznych oraz w konkursie o Nagrodę Czerwonej Róży dla najlepszego studenta Pomorza (2016), ponadto o dwóch stypendiach ministra nauki i szkolnictwa wyższego za wybitne osiągnięcia przyznawane studentom (2013, 2014) oraz stypendium ministra infrastruktury i rozwoju (2015). Bardzo wcześnie wkroczył Pan na ścieżkę naukową… Skąd takie zainteresowania w tak młodym wieku?

To prawda, jednak tę pasję zaszczepili we mnie inni, wierząc w mój potencjał. Każde dobre słowo od moich wybitnych wykładowców: prof. Witolda Jerzego Stepowicza, prof. Piotra Dębickiego, prof. Omeliana Płachtyny, mojego promotora prof. Janusza Zarębskiego budowało moje zaangażowanie i chęć do pogłębiania wiedzy. To właśnie prof. Janusz Zarębski zaproponował mi i dwóm innym studentom z mojego roku włączanie się w prace naukowe prowadzone w jego zespole. Koledzy zdecydowali się na inną drogę rozwoju, a we mnie, dzięki zaangażowaniu najbliższych współpracowników prof. Janusza Zarębskiego, rozwinęła się pasja do nauki.

A.B.: Zajmuje się Pan badaniami nad zjawiskami termicznymi w elementach półprzewodnikowych. Czy mógłby Pan wskazać najważniejsze obszary Pana badań naukowych? Co dokładnie i w jakim celu Pan bada?

Upraszczając, to wzrost temperatury struktury półprzewodnikowej ponad temperaturę otoczenia na skutek wydzielanej w niej energii (samonagrzewanie) lub oddziaływania wzajemne pomiędzy strukturami. Zjawiska termiczne to jedno z największych wyzwań dla projektantów współczesnych układów elektronicznych. Przede wszystkim ze względu na to, że im wyższa temperatura elementu, tym krótszy czas bezawaryjnej pracy. Jest to też przeszkoda w pożądanej przez użytkowników układów elektronicznych miniaturyzacji, ponieważ jeśli elementy znajdują się blisko siebie, to ich temperatura, na skutek wzajemnych oddziaływań cieplnych, jest większa, niż gdyby ta odległość była duża.

Skupiam się obecnie na dwóch zagadnieniach: modelowaniu matematycznym tych zjawisk w taki sposób, aby już na etapie projektowania możliwe było obliczenie temperatury każdego z elementów układu – z wykorzystaniem jedynie danych katalogowych elementów w możliwie krótkim czasie i zachowaniem wysokiej dokładności obliczeń – oraz na opracowaniu past lutowniczych, które pozwolą na efektywniejsze odprowadzenie ciepła z elementów półprzewodnikowych, niż pasty dostępne na rynku.

A.B.: Tranzystor IGBT (ang. insulated gate bipolar transistor) to tranzystor bipolarny z izolowaną bramką, element półprzewodnikowy mocy używany w przekształtnikach energoelektronicznych o mocach do kilkuset kilowatów. Czy to poprawne określenie? Jaka aparatura specjalistyczna jest potrzebna do przeprowadzenia badań? Traktuję elektryczność z wielkim respektem. Te wysokie napięcia, niebezpieczne dla zdrowia natężenie prądu… Czy prowadzenie takich badań wymaga dalece posuniętej ostrożności?

Tak, to poprawne określenie, choć muszę przyznać, że rzadko spotykane, ponieważ w obszarze elektroniki polskie nazwy elementów są rzadko stosowane. Typowo pozostajemy przy angielskich akronimach.

Co do aparatury, to taka lista byłaby bardzo długa: oscyloskopy, sondy napięciowe i prądowe, kamery termowizyjne, multimetry, analizatory mocy, obciążenia… Wyposażenie laboratorium badawczego w zakresie energoelektroniki to kosztochłonny proces. Doceniam to, że dzięki zespołowemu wysiłkowi w zakresie pozyskiwania środków mogę na co dzień korzystać z zaawansowanej aparatury badawczej.

Rzeczywiście, praca z przekształtnikami energoelektronicznymi wymaga ostrożności. Nie bez powodu zaleca się obecność drugiej osoby w pomieszczeniu w trakcie badań.

A.B.: Fotowoltaika to nośny obecnie temat. Czy wyniki Pana badań mają wpływ na poprawę efektywności instalacji fotowoltaicznych, zamieniających energię słoneczną na energię elektryczną? A może służą innym celom? Jeśli tak, to jakim?

Niestety, rozczaruję pewnie Czytelników – gonienie za poprawą sprawności współczesnych instalacji fotowoltaicznych, opartych o krzemowe ogniwa fotowoltaiczne, ma takie prawdopodobieństwo sukcesu, jak wynalezienie kamienia filozoficznego. Obecnie stosowane panele są na tyle blisko matematycznej bariery Shockleya-Queissera, że próba dalszej poprawy nie jest racjonalna ekonomicznie. Oczywiście, można zastosować inne materiały do konstrukcji ogniw fotowoltaicznych, jednak z dużym prawdopodobieństwem uzyskanie wyższej sprawności dla takich materiałów niż dla krzemu, będzie się też wiązać ze zdecydowanie wyższym kosztem wytworzenia ogniwa.

Ogniwa fotowoltaiczne były moim tematem badawczym w czasie studiów. Z perspektywy czasu największą wartością dodaną tych badań było zdobycie wiedzy, która pomogła mi w realizacji projektów przemysłowych w zakresie energetyki odnawialnej.

A.B.: Posiada Pan znaczące osiągnięcia w zakresie nowych metod pomiaru parametrów termicznych tranzystorów IGBT oraz modułów IGBT. Czego one dotyczą? Kto ewentualnie mógłby z tych metod skorzystać? A może znalazły już praktyczne wykorzystanie?

Moje prace w tym zakresie dotyczą charakteryzacji cieplnej tych elementów, czyli pomiaru ich rezystancji  i pojemności termicznych. Zaproponowaliśmy ze współautorami adaptację znanej metody pośredniej elektrycznej do charakteryzacji oddziaływań wzajemnych pomiędzy strukturami półprzewodnikowymi zawartymi we wspólnej obudowie. Wierzę, że w ciągu kilku lat skorzystają z niej przede wszystkim producenci elementów elektronicznych, ponieważ coraz częściej w przestrzeni naukowej dyskutuje się o problemie wzajemnych oddziaływań cieplnych jako wyzwaniu w zakresie miniaturyzacji układów.

A.B.: Czy mógłby Pan powiedzieć o swoich osiągnięciach z zakresu montażu elementów półprzewodnikowych mocy i związaną z tym rezystancję termiczną? Jakie są efekty prowadzonych przez Pana prac?

Prace, które prowadzę w tym zakresie z prof. Agatą Skwarek, prof. Balazsem Illesem oraz doktorantem mgr. inż. Adrianem Pietruszką obecnie skupiają się na opracowaniu kompozytowych past lutowniczych, których przewodność cieplna jest wyższa od past powszechnie stosowanych. Dzięki temu możliwe jest efektywniejsze odprowadzenie ciepła ze struktury półprzewodnikowej, a co za tym idzie – obniżenie jego temperatury w trakcie pracy. Pierwsze wyniki prac są bardzo obiecujące, udaje nam się uzyskać zauważalną poprawę rezystancji termicznej, jednak wciąż poszukujemy nowych materiałów, które pozwolą uzyskać jeszcze wyższą przewodność cieplną.

A.B.: W swoich badaniach nad tranzystorami IGBT korzysta Pan z programu SPICE. Jaki jest wpływ komputerowej analizy układów elektronicznych na opracowanie przez Pana doświadczalnych modeli?

Elektrotermiczne modele dyskretnego tranzystora IGBT oraz modułu IGBT, implementowalne w programie SPICE, były tematem mojej pracy doktorskiej. Postępem względem rozwiązań literaturowych w tym zakresie były autorskie rozwiązania, pozwalające na uwzględnienie w obliczeniach wzajemnych oddziaływań cieplnych między strukturami półprzewodnikowymi, zmiany efektywności konwekcji ciepła z elementu i radiatora ze wzrostem temperatury oraz zamodelowanie pracy tych elementów w zakresie podprogowym. Sformułowane modele matematyczne weryfikuję doświadczalnie, by potwierdzić ich dokładność.

A.B.: Prowadzone przez Pana badania zaowocowały 69 publikacjami naukowymi, spośród których 27 prac zostało opublikowanych w czasopismach z listy JCR. W ponad 60% przypadków był Pan pierwszym lub jedynym autorem. To imponujące wyniki. Jakie elementy w tworzeniu artykułu naukowego są kluczowe, aby mógł on zostać opublikowany w renomowanym czasopiśmie naukowym?

Wszystko zaczyna się od dobrego pomysłu na rozwiązanie problemu znanego z innych publikacji w topowych czasopismach o zasięgu światowym. Następnie należy go zweryfikować przez przeszukanie naukowych baz danych, czy ktoś już wcześniej takiego rozwiązania nie zaproponował. Jeśli zaproponował, to może ma ono jakieś niedociągnięcia, które można poprawić. Warto pomyśleć o zebraniu wartościowego zespołu – synergia kompetencji członków dobrze dobranego zespołu korzystnie wpływa na merytorykę artykułu. Następnie należy rozpocząć działania naukowe właściwe reprezentowanej dyscyplinie naukowej. Pisanie artykułu jest dopiero finałem tych działań.

Sprowadza się to do trzech rzeczy: pomysłu, dobrego researchu oraz kompetencji twardych w danym obszarze.

A.B.: Jakich rad udzieliłby Pan młodym pracownikom naukowym, którzy napotykają trudności w publikowaniu swoich wyników badań w uznanych czasopismach naukowych? Niekiedy odrzucenie artykułu jest przez nich traktowane jako porażka i zniechęca do dalszych prób. A chyba tak nie powinno być? Może ma Pan również doświadczenia w tym względzie, którymi mógłby się podzielić?

Na początku kariery naukowej kluczowy jest mentor, który proponuje temat oraz plan działań do realizacji, a w razie problemów potrafi osobiście pomóc je rozwiązać. Uważam, że rozpoczynając karierę naukową, należy się zatroszczyć o to, by trafić do zespołu, w którym sukces jest czymś naturalnym. Jeśli tych sukcesów dotąd nie było, ciężko się spodziewać, że nagle się pojawią.

Oczywiście, niepowodzenia się zdarzają – myślę, że nie tylko mnie zdarzyło się, że mój artykuł został odrzucony. Póki jest to jednostkowy przypadek, nie ma się czym niepokoić, jednak jeśli jest to powtarzalne, to pomyślałbym o zmianie zespołu, ponieważ od samego podejmowania kolejnych prób treść artykułu nie staje się lepsza.

A.B.: Był Pan ponadto kierownikiem projektu Diamentowy Grant „Modelowanie właściwości elektrycznych i cieplnych tranzystorów IGBT oraz modułów elektroizolowanych z tymi tranzystorami” w ramach Programu MNiSW (lata 2017–2021) oraz PRELUDIUM 16 „Elektrotermiczny uśredniony model przełącznika diodowo-tranzystorowego z tranzystorem IGBT do analizy przetwornic DC-DC” w ramach Programu NCN (lata 2019–2021). Co było największym wyzwaniem podczas realizacji tych projektów?

Każdy projekt to zupełnie inne wyzwania. W przypadku Diamentowego Grantu w trakcie jego realizacji okazało się, że na świecie na podobny pomysł wpadło w tym czasie kilku naukowców, co dowodziło, że pomysł jest dobry, ale jednocześnie musiałem bardzo uważać, by to, co publikuję, ciągle miało znamiona nowości. Z kolei w przypadku Preludium koledzy nie wierzyli w projekt, uważając go za niemożliwy do wykonania, dlatego po raz pierwszy w swojej karierze naukowej musiałem postawić na swoim, zrobić po swojemu  i sam uzyskać efekt.

A.B.:  Jest Pan również kierownikiem projektu „Elektrotermiczne uśrednione modelowanie inercji elektrycznej w tranzystorze MOSFET do szybkiej analizy przekształtników DC-DC” w ramach konkursu NAWA w Programie im. Mieczysława Bekkera, 2022. Czy uważa Pan, że aplikowanie w konkursach jest pożądaną aktywnością pracowników uczelni w ich rozwoju naukowym?

Jest to bardzo ważna część aktywności pracowników naukowych. Jednak warto pamiętać, że aby uzyskać finasowanie dla projektu naukowego, należy najpierw posiadać dorobek przewyższający lub przynajmniej zbliżony do dorobku laureatów ostatnich edycji wybranego programu grantowego oraz pomysł, który będzie z wysokim prawdopodobieństwem źródłem wysoko impactfactorowych publikacji albo wdrożenia przemysłowego. Zachowanie tej kolejności jest kluczowe z punktu widzenia prawdopodobieństwa sukcesu.

A.B.: Jest Pan współautorem dwóch patentów krajowych, udzielonych przez Urząd Patentowy RP, a dotyczących pomiaru parametrów cieplnych dyskretnych tranzystorów i modułów IGBT. Czy mógłby Pan wskazać ich potencjał do zastosowań przemysłowych?

Ich potencjał leży w poszerzeniu zakresu mierzonych przez producentów parametrów cieplnych. Ewentualna szansa na ich zastosowanie przemysłowe leży w ich spopularyzowaniu w skali międzynarodowej. Z tego powodu w najbliższych latach planuję poświęcić więcej uwagi wyjazdom na najważniejsze konferencje międzynarodowe w zakresie półprzewodnikowych elementów mocy.

A.B.: Czy mógłby Pan podzielić się z nami swoimi pozanaukowi pasjami i zainteresowaniami? Jak spędza Pan wolny czas? Słyszałam, że jest Pan projektantem 60-metrowego sterowca stratosferycznego „Red Shift”. Czy to Pana hobby?

Choć może ciężko w to uwierzyć, wierzę w istnienie życia poza nauką. W wolnym czasie bardzo lubię grać na gitarze elektrycznej oraz basowej. Jak bumerang w moje życie wraca granie w Fifę, w którą zacząłem grać jeszcze w przedszkolu i nadal z tego nie wyrosłem, tak samo jak z Europy Universalis. Te dwie gry towarzyszą mi od lat. Kolekcjonuję banknoty, oglądam filmy i słucham muzyki z płyt, których mam kilkaset. Gdy jadę do pracy pociągiem, to zawsze z książką w ręku, a podczas pracy często słucham podcastów, by wciąż poszerzać horyzonty. Nie pogardzę też dobrym meczem, a  gdy tylko mam okazję, wolę sam wybiegać na boisko.

Co do projektu sterowca, to zanim rozpocząłem udział w tym projekcie, nie zajmowałem się statkami powietrznymi. Po konkursie o laur Czerwonej Róży zgłosił się do mnie przedstawiciel organizacji studenckiej SIMLE z Politechniki Gdańskiej z propozycją współpracy przy tym projekcie. To był typowy start-up, gdzie bazując na osobach z małym doświadczeniem, ale o dużym entuzjazmie, próbuje się rozwiązać skomplikowany problem. Niestety, przy budowie proof-of-concept okazało się, że jest problem ze stelażem konstrukcji, skończyło się finansowanie i projekt umarł śmiercią naturalną. Nie ukrywam, że żałuję, ponieważ zaprojektowaliśmy tam wiele ciekawych rozwiązań. Nie zawsze jednak to, co wygląda spektakularnie w trakcie projektowania, daje równie spektakularny efekt finalny.

A.B.: Jest Pan znakomitym przykładem, że można połączyć rozwój naukowy z aktywnością sportową. Podczas studiów był Pan kapitanem drużyny w czterech kolejnych edycjach Międzywydziałowego Turnieju w Futsalu. Czy kontynuuje Pan treningi? A może uprawianie sportu pomaga Panu w prowadzeniu badań?

Jeśli jestem zdrowy i nie prowadzę zajęć na studiach niestacjonarnych, to co niedzielę rano można mnie spotkać na boisku w Redzie. Gra wymaga szybkiego podejmowania decyzji, a ich brak lub nadmierna zwłoka mają konsekwencję w postaci traconych bramek. Z tego powodu grając, myślę tylko o meczu. W aktywności naukowej pomaga to o tyle, że co tydzień przez co najmniej 1,5 godziny o niej nie myślę.

Sport na poziomie profesjonalnym wymusza systematyczną pracę i autodyscyplinę, ale nigdy nie byłem na tym poziomie, bym mógł tak mówić z pewnością. Jednak nawet na poziomie amatorskim jest rywalizacja, choć myślę, że pełna życzliwości.

A.B.: Prowadzi Pan zajęcia ze studentami Uniwersytetu Morskiego w Gdyni. Czy przykład Pana kariery naukowej w tak młodym wieku jest dla nich inspiracją i stanowi zachętę do włączenia się w działalność naukową?

Bardzo tego chcę i staram się każdego dnia, żeby tak było. Każdy student, który włącza się w aktywność naukową, jest szansą na zyskanie przez Uniwersytet w przyszłości wartościowego pracownika.

A.B.: Bardzo dziękuję za rozmowę i życzę kolejnych sukcesów zarówno w życiu zawodowym, jak i osobistym.

Zainteresowania badawcze:  skupione elektrotermiczne modelowanie półprzewodnikowych elementów mocy, przekształtniki DC-DC, montaż powierzchniowy elementów mocy, produkcja wodoru.
ORCID: 0000-0001-5544-2373  
e-mail: p.goreckiwe.umg.edu.pl