Temat projektu: Charakterystyka strukturalna oraz analiza właściwości funkcjonalnych nowej grupy wieloskładnikowych stopów Heuslera na osnowie Ni-Mn-Ga

Konkurs: PRELUDIUM 16

Projekt badawczy nr UMO-2018/31/N/ST8/03488

Kierownik projektu: Dr. inż. Agnieszka Brzoza-Kos

Głównym celem naukowym projektu jest poszerzenie wiedzy z zakresu inżynierii materiałowej. Grupę badanych materiałów stanowią stopy metali na osnowie faz Heuslera Ni-Mn-Ga. Materiały te wykazują konwencjonalny jak i magnetyczny efekt pamięci kształtu, przez co zaliczane są do grupy materiałów inteligentnych. Na przestrzeni lat można zauważyć znaczący wzrost wartości odkształcenia jakie można uzyskać w materiale na skutek przyłożonego zewnętrznego pola magnetycznego. Rozwój ten został osiągnięty dzięki lepszemu poznaniu i zrozumieniu mechanizmów kierujących procesem, jednak dalej istnieją pewne problemy, które należy rozwiązać, tj. poprawa właściwości mechanicznych, zmniejszenie naprężenia bliźniakowania, jak również zwiększenie zakresu temperatur pracy tych materiałów. Właściwości funkcjonalne stopów Ni-Mn-Ga mogą być modyfikowane na drodze zmiany składu chemicznego materiału poprzez wprowadzenie dodatków.

Zadaniem projektu jest dogłębna analiza wpływu poszczególnych pierwiastków (Co, Cu, Fe) na właściwości materiału: typ struktury krystalicznej, parametry sieci komórki elementarnej, naprężenie bliźniakowania oraz temperaturę przemiany martenzytycznej. W celu zarejestrowania zmian właściwości wywołanych zmianami składu chemicznego zostaną użyte zaawansowane techniki badawcze wykorzystujące zjawiska dyfrakcji elektronowych oraz rentgenowskich. Z otrzymanych wyników zostanie wytypowany skład stopu o najbardziej obiecujących właściwościach dla wystąpienia efektu magnetycznej pamięci kształtu. Dzięki badaniom przeprowadzonym w projekcie stan wiedzy z zakresu materiałów wykazujących efekt magnetycznej pamięci kształtu zostanie wzbogacony o nową grupę stopów, co jest istotnym elementem przyszłej aplikacyjności tych materiałów.

Uzyskane wyniki prac badawczych zostaną przedstawione specjalistycznym gremiom naukowym podczas konferencji oraz sympozjów naukowych o krajowym oraz międzynarodowym zasięgu. Ponadto rezultaty otrzymane podczas realizacji zadań projektowych zostaną opublikowane w specjalistycznych czasopismach naukowych.

Temat projektu: Związki międzymetaliczne wytwarzane metodami szybkiego i kierunkowego krzepnięcia przeznaczone do zastosowań katalitycznych

Konkurs: OPUS 13

Projekt badawczy nr 2017/25/B/ST8/02804

Kierownik projektu: Prof. dr hab. Lidia Lityńska-Dobrzyńska

Głównym celem projektu jest zweryfikowanie możliwości wykorzystania metod konwencjonalnej metalurgii połączonej z techniką szybkiej krystalizacji do wytwarzania aktywnych katalitycznie materiałów w oparciu o fazy międzymetaliczne, które mogą stanowić alternatywę dla używanych obecnie katalizatorów zawierających nanocząstki metali szlachetnych. Zakłada się, że wytworzenie faz międzymetalicznych za pomocą stosunkowo łatwej i taniej techniki, w połączeniu z odpowiednią obróbką cieplną i powierzchniową pozwoli na uzyskanie dobrej jakości homogenicznego materiału wykazującego pożądane właściwości katalityczne. Doboru faz międzymetalicznych dokona się na podstawie analizy diagramów fazowych i kryterium krystalograficznego stanowiącego, że symetria danej fazy musi odpowiadać wymogom istnienia centrów aktywnych, którymi są atomy metalu przejściowego w uporządkowanej strukturze.

Planuje się przebadanie dwóch grup materiałów: z układu Ni-X (X = In, Zn, Sn, Al) o wysokim stopniu uporządkowania oraz Al-X (X = Fe, Co, V, Cu) będących aproksymantami faz kwazikrystalicznych (związki te zbudowane są z klasterów charakterystycznych dla kwazikryształów). Do otrzymywania faz międzymetalicznych zastosowana zostanie technika odlewania na wirujący walec umożliwiająca uzyskanie materiału w postaci taśm o grubości 20-80 μm o rozdrobnionej mikrostrukturze rzędu 1-2 μm oraz znaczącym rozwinięciu powierzchni czynnej w porównaniu do materiałów odlewanych metodami konwencjonalnymi. Planowane jest również wytworzenie materiału w postaci monokryształu (metoda Bridgmana), który jako układ modelowy jest niezbędny dla pogłębienia analizy wzajemnych relacji pomiędzy właściwościami powierzchni, geometrią i orientacją kryształu a preferowanymi własnościami katalitycznymi.

Dla uzyskanych materiałów planuje się wykonanie pełnej charakterystyki mikrostruktury na każdym etapie ich przygotowania. W szczególności określi się wpływ parametrów zastosowanych podczas szybkiej krystalizacji oraz krystalizacji kierunkowej (monokryształy) na strukturę i morfologię tworzących się faz i na tej podstawie dokona się wyboru optymalnych warunków obu procesów. W próbkach poddawanych obróbce cieplnej szczególną uwagę zwróci się na stopień uporządkowania struktury, który to parametr spełnia kluczową rolę w procesach chemicznych zachodzących podczas katalizy. W tym celu zostaną zastosowane metody: dyfrakcja rentgenowska oraz zaawansowane techniki skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Wybrane próbki będą następnie badane pod kątem ich właściwości katalitycznych.

Z uwagi na charakter projektu zakładający kompleksowe podejście do problematyki otrzymywania aktywnych materiałów katalitycznych na bazie faz międzymetalicznych, w tym optymalizację procesu ich wytwarzania oraz obróbkę powierzchniową (trawienie) i cieplną, można spodziewać się, że projekt wniesie wiele nowych i cennych informacji o charakterze podstawowym dotyczącym struktury i fizykochemii faz międzymetalicznych. Warto podkreślić, że zastosowanie faz międzymetalicznych w katalizie heterogenicznej jest stosunkowo nową, dynamicznie rozwijającym się dziedziną nauki, mającą olbrzymie znaczenie dla opracowania wydajnych i konkurencyjnych katalizatorów w przyszłości.

Temat projektu: Opracowanie technologii wytwarzania materiałów funkcjonalnych do zastosowań w bezkrzemowych ogniwach fotowoltaicznych.

Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Strategicznego programu badań naukowych i prac rozwojowych „Nowoczesne technologie materiałowe"- TECHMATSTRATEG II.
Umowa nr TECHMATSTRATEG 2/409122/3/NCBR/2019.

Kierownik projektu: Dr hab. Piotr Panek

Projekt realizowany przez konsorcjum: Centrum Badań i Rozwoju Technologii dla Przemysłu S.A. z siedzibą w Warszawie, ul. Ludwika Waryńskiego 3A, 00-645 Warszawa (CBRTP) - lider, Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN w Krakowie, ul. Reymonta 25, 30-059 Kraków (IMIM), Hanplast sp. z o.o., ul. Wojska Polskiego 65, 85-825 Bydgoszcz (Hanplast).
Celem projektu jest otrzymanie struktur fotowoltaicznych na bazie tlenków i siarczków metali w tym tlenków miedzi, tlenku cynku i siarczku cynku. Do wytwarzania powyższych warstw są stosowane metody chemiczne, utleniania wysokotemperaturowego jak i technika osadzania warstw atomowych (ALD) oraz osadzania z fazy gazowej (PVD). W ramach projektu zakupiono do IMIM stanowisko Sondy Kelvina umożliwiające określenie pracy wyjścia elektronów dla badanych materiałów. Opracowano technologię realizowaną w wysokich temperaturach w zakresie 500 - 900 oC pozwalającą na wytwarzanie warstw tlenków miedzi adhezyjnych z podłożem metalicznym.

Temat projektu: Wpływ stężenia litu w stopach Pb-Li na zwilżalność oraz efektywność ekstrakcji metali cienkich warstw katalitycznych w porowatych kapilarach ceramicznych. Badania, modelowanie.

Konkurs: OPUS 14

Kierownik projektu: Prof. dr hab. inż. Władysław Gąsior

Głównym celem projektu są badania zmierzające do intensyfikacji procesu ekstrakcji platyny i palladu z powierzchni kapilar będących elementami katalizatorów. W badaniach planowane jest wykorzystania do tego celu zamiast czystego ołowiu, stopu Lit-Ołów. Badania będą nakierowane na określenie właściwości termodynamicznych stopów dwuskładnikowych platyny i palladu z litem oraz trójskładnikowych (Pb-Pt-Li, Pd-Pb-Li), opracowanie termodynamiki dwu- i trójskładnikowych roztworów ciekłych, modelowanie napięcia powierzchniowego, pomiary zwilżalności metodą rozpływu oraz rzeczywista badania z zastosowaniem pompy magnetohydrodynamicznej. Uzyskane dane zostaną wprowadzone do ogólnodostępnych darmowych baz danych ENTALL i SURDAT dostępnych na stronie Instytutu.