Temat 3. BADANIA FAZY SKONDENSOWANEJ MATERII

I. Badania strukturalnych i dynamicznych własności materiałów naturalnych i syntetycznych w różnych skalach wielkości i czasu

  1. 1. Modele struktury i dynamiki układów z powierzchniami i złączami oraz układów niskowymiarowych.
    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.
    Obliczenia stabilności oraz mechanizmu transportu jonów metali alkalicznych w wybranych borowodorkach i boranach. Badania struktur i nano-struktur substancji zawierających jony metali lekkich 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.
    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.

Zakład Badań Strukturalnych (NZ31)


II. Badania fazy skondensowanej metodą spektroskopii jądrowej; anihilacja pozytonów

  1. 1. Badania defektów sieci krystalicznej w metalach i stopach. Do badań wykorzystane są techniki pomiarów czasów życia pozytonów, spektroskopia poszerzenia dopplerowskiego, koincydencyjnego poszerzenia dopplerowskiego, mikrotwardości, XRD, a także wiązki powolnych pozytonów.
  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.
  3. 3. Pomiary objętości swobodnych w materiałach molekularnych i polimerach metodą anihilacji pozytonów w tym w materiałach poddanych napromieniowaniu wysokoenergetycznymi jonami (we współpracy z ZIBJ w Dubnej).

Zakład Badań Strukturalnych (NZ31)


III. Badania właściwości magnetycznych materiałów molekularnych o różnej wymiarowości

  1. 1. Badanie struktury i własności magnetycznych cienkowarstwowych stopów i nanomateriałów nanostrukturyzowanych metodami chemicznymi, wiązkami jonowymi i wiązką lasera (współpraca z Uniwersytetem w Augsburgu, Instytutem Technologicznym w Karlsruhe, Centrum Helmholtza Drezno-Rosendorf i Uniwersytetem w Mińsku).
  2. 2. Otrzymywanie metodą elektrodepozycji magnetycznych nanodrutów oraz analiza ich morfologii, własności strukturalnych, magnetycznych i magnetotransportowych.
  3. 3. Synteza nanokompozytowych cząstek magnetycznych metodą naświetlania laserem impulsowym (nanosekundowym i pikosekundowym) oraz badanie ich własności strukturalnych, optycznych i magnetycznych (współpraca z Instytutem Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego).
  4. 4. Wytwarzanie bioceramicznych powłok na tytanie i jego stopach metodą hydrotermalną. Badanie ich struktury, morfologii i funkcjonalności dla zastosowań implantologicznych (współpraca z Katedrą Biomateriałów AGH).
  5. 5. Synteza powłok diamentowych i modyfikacja ich własności optycznych poprzez implantację domieszek (współpraca z Instytutem Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego).
  6. 6. Otrzymywanie metodami jonowymi, laserowymi i plazmowymi złożonych wielopierwiastkowych wielowarstwowych powłok węglowych i badanie ich własności chemicznych, strukturalnych i mechanicznych.

Zakład Materiałów Magnetycznych i Nanostruktur (NZ34)


IV. Prace nad poznaniem struktury i dynamiki materii miękkiej i materiałów funkcjonalnych przy pomocy komplementarnych metod doświadczalnych i obliczeniowych

  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).
  2. 2. Badanie nowych materiałów funkcjonalnych i nowych mezogenów zawierających substancje pochodzenia naturalnego.
  3. 3. Badania spektroskopowe wybranych faz rotacyjnych i ciekłokrystalicznych.
  4. 4. Badanie zmian własności fizykochemicznych nowych materiałów pod wpływem wodoru, pod kątem ich zastosowania do magazynowania wodoru.
  5. 5. Badania własności cieplnych i parametrów krytycznych materiałów o budowie molekularnej. Rozbudowa aparatury badawczej w laboratorium kalorymetrii.
  6. 6. Badanie wpływu ograniczeń przestrzennych w układach molekularnych.

Zakład Badań Materii Miękkiej (NZ35)


V. Syntezy oraz badania mikroskopowe nowych katalizatorów do ogniw paliwowych

  1. 1. Syntezy chemiczne (metodą polyol i cytrynianową) nanocząstek katalitycznych. Określenie wielkości nanocząstek techniką Spektroskopii Korelacji Fotonów.
  2. 2. Analiza mikroskopowa kształtu i rozmiaru cząsteczek nanokatalizatorów.

Zakład Badań Materii Miękkiej (NZ35)


VI. Badania komputerowe struktury i dynamiki materiałów krystalicznych i nanomateriałów

Wyliczenie struktury krystalicznej i elektronowej, własności mechanicznych i termodynamicznych, dynamiki sieci, stabilności faz kryształów, zdefektowanych materiałów krystalicznych, powierzchni, wielowarstw i nanostruktur metodami ab initio tj. badanie materiałów istotnych dla nanotechnologii (COST - Projekt: MPNS Action MP 1308)

Zakład Komputerowych Badań Materiałów (NZ33)


Programy współpracy i projekty

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

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.

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.

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.

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.