Temat 3. BADANIA FAZY SKONDENSOWANEJ MATERII

Zadanie 1. Badania strukturalnych i dynamicznych własności materiałów naturalnych i syntetycznych w różnych skalach wielkości i czasu (Piotr Zieliński)

  1. 1. Modele struktury i dynamiki układów z powierzchniami i złączami oraz układów niskowymiarowych (Piotr Zieliński)
    Modelowanie wpływu powierzchni i złączy materiałów na ich strukturę i wzbudzenia elementarne ze szczególnym uwzględnieniem fal i rezonansów powierzchniowych. Projektowanie eksperymentów na takich układach w różnych skalach wielkości.
  2. 2. Kwantowo-mechaniczne obliczenia własności materiałów i nanomateriałów (Zbigniew Łodziana)
    Obliczenia mechanizmu transportu jonów metali alkalicznych w wybranych borowodorkach i boranach. Badania struktury i nano-struktury substancji magazynujących wodór metodami mechaniki kwantowej we współpracy z ośrodkami doświadczalnymi.
  3. 3. Badanie przemian fazowych i zjawisk pokrewnych, w tym amorfizacji, tekstur domenowych, morfologii i ruchów molekularnych w materiałach modelowych oraz istotnych dla zastosowań technicznych: m.in. w mezogenach i ferroikach (Mirosław Gałązka)
    Interpretacja i wyjaśnienie doświadczalnych zależności wielkości fizycznych (takich jak polaryzacja, gęstość, lepkość, odkształcenie, podatność i przenikalność elektryczna, ciepło właściwe, entropia) jako funkcji temperatury, ciśnienia, pola elektrycznego na gruncie analiz teoretycznych opartych na modelach fenomenologicznych.

Programy współpracy:
Ion mobility in light weight compounds for energy storage – projekt Polsko-Szwajcarski.


Zadanie 2. Badania fazy skondensowanej metodą spektroskopii jądrowej; anihilacja pozytonów (Jerzy Dryzek)

  1. 1. Badania defektów sieci krystalicznej w metalach i stopach. Zakres prac będzie obejmował: badania warstw wierzchnich w Zr, Ti, Ag i stopie CuAg. Celem jest określenie wpływu różnych czynników na zasięg i rodzaje defektów powstałych podczas jej tworzenia w procesie tarcia ślizgowego. Prowadzone będą także badania nad ustalenie wpływu temperatury na utworzoną w tym procesie warstwy wierzchniej. Zasadniczym celem będzie poznanie mechanizmu w jaki tworzona jest warstwa wierzchnia. Do badań wykorzystane będą techniki pomiarów czasów życia pozytonów, spektroskopia poszerzenia dopplerowskiego, koincydencyjnego poszerzenia dopplerowskiego, mikrotwardości, XRD, a także wiązki powolnych pozytonów. (Jerzy Dryzek)
  2. 2. Badania obszaru zdefektowanego tuż pod powierzchnią z użyciem techniki wiązki powolnych pozytonów dla metali takich jak Pd, Nb, Zr poddanych naświetlaniu wysokoenergetycznymi jonami w Zjednoczonym Instytucie Badań Jądrowych w Dubnej w Rosji. Celem będzie określenie przydatności techniki powolnych pozytonów w badaniach uszkodzeń radiacyjnych ciężkimi jonami. Kontynuowane także będą badania stali austenitycznej wysokomanganowej poddanej odkształceniu, a następnie odpuszczanej w celu detekcji defektów, które towarzyszą przemianom fazowym. (Paweł Horodek)
  3. 3. Planowane jest stworzenie kodu komputerowego do opracowania zależności parametru kształtu linii anihilacyjnej od energii pozytonów, jakie otrzymujemy z badań na wiązkach powolnych pozytonów. Zastosujemy w nim analityczne rozwiązania równania dyfuzji pozytonów. (Krzysztof Siemek)
  4. 4. Pomiary objętości swobodnych w materiałach molekularnych i polimerach metodą anihilacji pozytonów Opis lokalnych właściwości mikroskopowych dla wysoko uporządkowanych faz ciekłokrystalicznych wybranych materiałów. (Ewa Dryzek)

Programy współpracy:
Nieakceleratorowa fizyka neutrinowa i astrofizyka: Positron annihilation studies of nanocrystalline metals and alloys obtained by severe plastic deformation (program 3.3). Development of positron annihilation spectroscopy at LEPTA facility (grant 2.2). - Zjednoczony Instytut Badań Jądrowych, Dubna, Rosja.


Zadanie 3. Badania właściwości magnetycznych materiałów objętościowych i nanostrukturalnych (Maria Bałanda)

Cel realizacji zadania:

  1. 1. Badania właściwości magneto-termodynamicznych materiałów molekularnych techniką stało- i zmiennoprądową w szerokim zakresie temperatury.
  2. 2. Poszukiwanie funkcjonalności nowych materiałów magnetycznych.
  3. 3. Badanie efektu magnetokalorycznego w nanowymiarowych klastrach molekularnych.
  4. 4. Analiza teoretyczna oraz symulacje kwantowe właściwości magnetycznych układów molekularnych o różnej wymiarowości.
  5. 5. Badania właściwości magnetycznych związków międzymetalicznych, ferroików tlenkowych i układów hybrydowych.
  6. 6. Badania dynamiki cząsteczek i ich oddziaływań metodami deuteronowej spektroskopii rezonansu magnetycznego w ważnych technologicznie materiałach.

Projekty:

Properties of new magnetic materials - projekt współpracy ze Słowacką Akademią Nauk w Koszycach, Słowacja.
Celem projektu jest prowadzenie możliwie wszechstronnych badań wybranych materiałów magnetycznych. Są to głównie mostkowane grupami cyjanowymi, molekularne związki metali 3d lub/i 4f oraz złożone tlenki metali przejściowych lub związki międzymetaliczne. Wyniki uzyskane przy pomocy instrumentów pomiarowych, którymi dysponuje nasza strona oraz nasi partnerzy (SQUID, LakeShore, PPMS, dyfraktometr X”PERT PRO), pozwalają na wnikliwy i pełny opis oddziaływań magnetycznych w złożonych układach molekularnych. Szczególnie interesujące jest poszukiwanie molekularnych nanoukładów oraz magnetycznych materiałów funkcjonalnych o własnościach magnetycznych przełączanych za pomocą światła, temperatury czy ciśnienia.

Cienkowarstwowe magnetyczne materiały molekularne z mostkami cyjanowymi - grant SONATA Narodowego Centrum Nauki.
W ramach projektu podejmowana jest nowatorska problematyka badawcza, ukierunkowana na poszukiwanie unikatowych materiałów molekularnych o własnościach ważnych dla rozwoju nauki i nowoczesnych technologii. Celem prowadzonych prac jest otrzymanie układów warstwowych zbudowanych na bazie oktacyjanometalanów o jednym wymiarze zredukowanym do skali nanometrycznej, a następnie ich metodyczne badania. Prowadzona jest synteza warstwowych struktur MnII-L-[NbIV(CN)8]4-, będących oktacyjanometalanowymi analogami błękitów pruskich oraz synteza warstw związków CuII-L-[MV/IV(CN)8]3-/4-, które z natury mają budowę dwuwymiarową. Magnetyczne warstwy molekularne są formowane metodą samoorganizacji elektrostatycznej na stałych podłożach. Badanie własności otrzymanych materiałów obejmuje charakterystykę własności magnetycznych, strukturalnych oraz spektroskopowych, a także analizę topografii i morfologii powierzchni.


Zadanie 4. Prace nad poznaniem struktury i dynamiki materii miękkiej i materiałów funkcjonalnych przy pomocy komplementarnych metod doświadczalnych i obliczeniowych (Wojciech Zając)

  1. 1. Badanie polimorfizmu i dynamiki w substancjach organicznych o różnym stopniu uporządkowania (we współpracy z Uniwersytetem w Pizie i Uniwersytetem w Tsukubie oraz z Laboratorium Fizyki Neutronowej im. Franka w ZIBJ w Dubnej, Rosja). (Maria Massalska-Arodź)
  2. 2. Badanie nowych materiałów funkcjonalnych i nowych mezogenów zawierających substancje pochodzenia naturalnego. (Wojciech Zając)
  3. 3. Badania spektroskopowe wybranych faz rotacyjnych i ciekłokrystalicznych. (Ewa Juszyńska-Gałązka)
  4. 4. Badanie zmian własności fizykochemicznych nowych materiałów pod wpływem wodoru, pod kątem ich zastosowania do magazynowania wodoru. (Andrzej Budziak)
  5. 5. Badania własności cieplnych i parametrów krytycznych materiałów o budowie molekularnej. Rozbudowa aparatury badawczej w laboratorium kalorymetrii. (Piotr M. Zieliński)
  6. 6. Badanie wpływu ograniczeń przestrzennych w układach molekularnych. (Małgorzata Jasiurkowska-Delaporte)

Programy współpracy:

Polymorphism and dynamics study of selected soft matter materials and new materials for hydrogen storage – program współpracy z Department of Neutron Investigations of Condensed Matter, Frank Laboratory of Neutron Physics w Zjednoczonym Instytucie Badań Jądrowych w Dubnej, Rosja.
W ramach projektu prowadzone są badania wybranych własności fizycznych ciekłych kryształów, szkieł i cieczy jonowych metodą nieelastycznego i kwazi-elastycznego rozpraszania neutronów. Przeprowadzone będą również pomiary przy użyciu różnych komplementarnych metod badawczych, takich jak kalorymetria, spektroskopia dielektryczna i w podczerwieni, rentgenografia oraz obliczenia metodami chemii kwantowej. Celem tych badań jest uzyskanie informacji na temat wpływu struktury, uporządkowania oraz oddziaływań pomiędzy molekułami na sytuację termodynamiczną badanych substancji. Oprócz tego zamierzamy badać dynamikę molekuł adsorbowanych na różnych nano-materiałach węglowych takich jak single walled carbon nanohorns, carbon nanofibres i carbon nanopowder. Materiały te będą być może w przyszłości wykorzystane do magazynowania wodoru.

Complementary studies of organic materials with partial long-range order of molecules – program współpracy z Faculty of Pure and Applied Science, Chemical Department, University of Tsukuba, Japonia.
W ramach projektu prowadzone będą badania materiałów ciekłokrystalicznych, szczególnie wysokouporządkowanych faz smektycznych, przy pomocy kalorymetrii adiabatycznej, szerokopasmowej spektroskopii dielektrycznej, spektroskopii w podczerwieni oraz analizy teoretycznej. Będą ustalane szczegóły diagramu fazowego, charakter przejść fazowych, oraz wieloskalowa dynamika molekuł w powiązaniu z budową strukturalną faz, kształtem molekuł i oddziaływaniami międzymolekularnymi. Poszukiwane będą czynniki sprzyjające tendencji do zeszklenia faz o elementach dalekozasięgowego uporządkowania. W centrum zainteresowania będzie rola alkylowych łańcuchów molekularnych i problem poliamorfizmu.

Studies of phase polymorphism and dynamics in selected soft materials - program współpracy z Instituto di Chimica dei Composti Organometallici ICCOM-CNR U.O.S. di Pisa w Pizie, Włochy.
Jednym z zamierzeń programu jest zrozumienie mechanizmu przejść fazowych poprzez obserwacje zmian korelacji dynamiki wibracyjnej poszczególnych fragmentów molekuł. Chcemy również kontynuować badania zmierzające do powiązania struktury molekuł i rodzaju fazy typu ODIC (kryształy orientacyjnie nieuporządkowane) oraz CONDIS (kryształy konformacyjnie nieuporządkowne) z tendencją do tworzenia częściowo uporządkowanych faz szklistych, ale dla nowego szeregu homologicznego BBnA, pewnych mieszanin oraz wybranych organicznych substancji o małych molekułach, obejmujących również farmaceutyki. Istotnym będzie sprawdzenie hipotezy, że w okolicy przejścia szklistego dynamika molekuł w takich fazach zachowuje się odmiennie niż w ciekłych glassformerach. Badania prowadzone będą metodami BDS, 2DIR, IINS oraz XRD. Planujemy również przeprowadzić obliczenia metodami chemii kwantowej. Na Uniwersytecie w Pizie będą badane widma NMR m.in. dla neoheksanoli oraz substancji z szeregu nBBAA, które były przedmiotem naszych wcześniejszych badań komplementarnymi technikami.


Zadanie 5. Syntezy oraz badania mikroskopowe nowych katalizatorów do ogniw paliwowych (Magdalena Parlińska-Wojtan)

  1. 1. Syntezy chemiczne (metodą polyol i cytrynianową) nanocząstek katalitycznych SnO2, PtRh i PtRe do utleniania etanolu. Określenie wielkości nanocząstek techniką Spektroskopii Korelacji Fotonów. (Elżbieta Roga)
  2. 2. Syntezy chemiczne trójwymiarowych nanocząstek PtNi3 oraz wymiana Ni na SnO2. (Grzegorz Gruzeł)
  3. 3. Utworzenie agregatów PtRh na SnO2 i PtRe na SnO2 z nanocząstek zsyntezowanych w zadaniu badawczym 6.1. Osadzenie nanokatalizatorów PtRh/SnO2 i PtRe/SnO2 na aktywnym węglu ze stosunkiem ilości nanocząstek do węgla aktywnego: 10, 20, 30, i możliwie 40%. (Joanna Depciuch)
  4. 4. Analiza mikroskopowa kształtu i rozmiaru cząsteczek nanokatalizatorów PtRe, PtRh i SnO2 oraz ich podwójnych kombinacji. (Magdalena Parlińska-Wojtan, Grzegorz Gruzeł)

Zadanie 6. Badania komputerowe struktury i dynamiki materiałów krystalicznych i nanomateriałów (Przemysław Piekarz)

  1. 1. Wyznaczenie struktury i własności dynamicznych nadprzewodzącej warstwy FeSe, swobodnej oraz umieszczonej na podłożu SrTiO3 (Małgorzata Sternik)
  2. 2. Zbadanie anharmonicznych składowych drgań sieci krystalicznej w dwutlenku tytanu i materiałach podobnych (Paweł Jochym)
  3. 3. Badania nad własnościami termodynamicznymi nanocząstek FePt (Paweł Jochym)
  4. 4. Badanie zależności energetycznych w stopach wieloskładnikowych metali przejściowych (Paweł Jochym)
  5. 5. Badanie własności fizycznych cienkich warstw indukowanych złączem typu Pb/GaAs (Andrzej Ptok)
  6. 6. Zbadanie struktury i wyliczenie widm fononowych w tlenkach i nanostrukturach ziem rzadkich (Przemysław Piekarz)
  7. 7. Zbadanie własności strukturalnych i dynamicznych chalkopirytów metodami obliczeniowymi z pierwszych zasad (Jan Łażewski)

Programy współpracy:

Towards oxide-based electronic - projekt COST (European Cooperation in Field of Scientific and Technological Research).
Badanie własności strukturalnych, dynamicznych i magnetycznych nanocząstek, wielowarstw, cienkich warstw i powierzchni zawierających metale przejściowe i ziemie rzadkie metodami obliczeniowymi z pierwszych zasad – grant HARMONIA Narodowego Centrum Nauki.