Badania

  • Cienkie polikrystaliczne warstwy diamentowe otrzymywane metodą HF CVD
    prof. dr hab. Kazimierz Fabisiak

Głównym celem projektu jest zbadanie możliwości zastosowania warstw mikro- i nanao-diamentowych do konstrukcji bio- i chemosensorów oraz ich konstrukcji w konfiguracji SGFET (Solution Gated Field Effect Transistor).

Badania maja na celu opracowanie i wytworzenie prototypów czujników bio- i chemoczułych, w których obszarem czynnym (detektującym) są warstwy diamentowe i diamentopodobne o różnym składzie fazowym, strukturze i morfologii powierzchni. W ramach realizacji tego celu jednym z głównych zadań będzie wybór właściwej warstwy do określonego rodzaju czujnika. Jest to zagadnienie trudne, wymagające złożonej analizy teoretycznej, a także wielu doświadczeń technologicznych. Co więcej jednorodne płaskie powierzchnie nanodiamentowe posiadają szereg interesujących właściwości elektrycznych, które pozwalają na wykorzystane ich w konstrukcjach biosensorów, zwłaszcza pracujących w środowiskach wodnych, w których warstwy diamentowe nie ulegają degradacji. Formują one silne i stabilne  wiązania z biomelekułami w środowisku  ciekłym (zwłaszcza wodnym), co czyni je ekstremalnie czułymi w detekcji  bakterii i toksyn takich jak bakterie E coli, Listerii i Salmonelli jak również określonych enzymów. Czujniki te, wytworzone przy użyciu  technologii typu MEMS (Mikro-Elektryczno-Mechaniczne Systemy), mogą być bardzo małe. Jest to bardzo ważne w pracach zespołów w przypadkach klęsk żywiołowych, zdarzeń wojennych, zagrożeń terrorystycznych czy uszkodzeń wodociągów, gdzie wymagane jest  szybkie określenie stężenia zanieczyszczeń jak i przydatności wody i płynnych środków do spożycia. Sensory bakterii, toksyn czy enzymów mogą posiadać odpowiednie osoby w swoich portfelach czy w kieszeniach z możliwością ich natychmiastowego użycia,  ponieważ są one bardzo małe a produkcja  jest bardzo tania.

  • Struktura elektronowa i własności fizyczne związków z efektami niestabilnej wartościowości jonów ceru
    dr hab. Mychaiło Koterłyn, prof. nadzw.

Planowane prace badawcze będą koncentrowały się na dalszym opracowaniu metod optymalizacji własności transportowych i magnetycznych układów z silnie zlokalizowanymi stanami w obszarze energii Fermiego na przykładzie związków typu R(Ni,M)2(Si,M')2, R(Ni,M)5 (R =La, Ce, Gd; M,M' =Cu, Ga, Ge) oraz wyjaśnieniu możliwości wykorzystania kryształów tego typu w jakości aktywnych termoelektrycznych i magnetokalorycznych elementów różnego rodzaju urządzeń elektronicznych.

Badania przewidują ustalenie wpływu różnych parametrów macierzy krystalicznej na charakter lokalizacji f-stanów jonów ziem rzadkich oraz własności transportowe, termoelektryczne i magnetyczne związków typu RNi5, RNi2Si2 i roztworów stałych na ich podstawie w szerokim zakresie temperatur (2 ...400 K). Rozwój takich badań jest przedmiotem zainteresowania współczesnej fizyki ciała stałego w dziedzinie układów silnie skorelowanych i mają na celu również zbadanie możliwości wykorzystania kryształów tego typu w jakości aktywnych elementów różnego rodzaju urządzeń elektronicznych. Realizacja badań jest możliwa dzięki nieformalnej współpracy, która obejmuje Narodowy Uniwersytet im. Iwana Franko we Lwowie (Ukraina) Międzynarodowe Laboratorium Silnych Pól Magnetycznych we Wrocławiu (PAM) oraz Instytut Fizyki Molekularnej PAN (Poznań).

  • Badania przewodnictwa stało i zmienno prądowego struktur Metal-Polimer-Warstwa wstrzykująca dziury (elektrony)-Metal jak i badanie organicznych tranzystorów polowych (OFET)
    dr hab. Wacław Bała, prof. nadzw.

Organiczne struktur nanoelektroniczne w ostatnich latach stały się podstawą rozwoju dziedziny nanotechnologii jak i nanostruktur półprzewodnikowych, które spowodowały gwałtowny rozwój mikroelektroniki organicznej zwłaszcza dotyczącej ekranów elektroluminescencyjnych (struktury OLED, PLED), tranzystorów (OFET), ogniw fotowoltaicznych (OPC). Wytwarzanie organicznych struktur mikroelektronicznych cechuje prosta i tania technologia, jak również oszczędność energii zasilania, co powoduje duże zainteresowanie tymi strukturami. Trwałość struktur dorównuje żywotności elementów nieorganicznych. Wytwarzanie struktur nie wymaga wysokich temperatur a tym samym jest tania, przyjazna środowisku i niskoenergetyczna. Praktyczne zastosowanie materiałów wymaga jednak poznania ich własności zarówno elektrycznych jak i optycznych. W celu dostosowania technologii nanoszenia warstwy czynne zastępowane są często mieszaniną (blend) polimerów, które pełnią rolę warstw transportujących nośniki jak i warstw czynnych. Projekt obejmuje badania własności elektrycznych (DC i AC), luminescencji, widm modulowanego fotoodbicia, absorpcji i transmisji, w celu wyjaśnienia kinetyki transportu nośników jak i rekombinacji promienistej. Celem jest określenie kinetyki przewodnictwa struktur wielowarstwowych i struktur z mieszaniną polimerów w celu wykorzystywania ich w źródłach światła.

  • Badania elektroluminescencji struktur organicznych oraz badanie ogniw fotowoltaicznych, wielowarstwowych.
    dr hab. Wacław Bała, prof. nadzw.

Rozwój luminescencyjnych źródeł światła jako  nowych, oszczędnych źródeł światła białego opartych o związki organiczne, zarówno małocząsteczkowe jak i polimerowe, wymaga poznania ich własności optycznych i elektrycznych.

Zachodzi konieczność badań własności nowych związków organicznych mogących znaleźć zastosowanie w wyżej wymienionych strukturach. Poszukiwane są nowe własności cienkich warstw poprzez ich domieszkowanie w celu opracowania struktury dopasowanej do transportu nośników energii przez odpowiednie bariery potencjału.

Co więcej konieczne jest opracowanie technologii nanoszenia ich na duże powierzchnie. Jednocześnie muszą być prowadzone badania jasności świecenia, stałości świecenia w czasie, jak i czystości barw emitowanych przez opracowywane związki. Ekrany elektroluminescencyjne wykonywane będą zarówno technologią zanurzania (dip-coating), wirowania jak i metoda termicznego naparowywania. Pomiary obejmować będą wyznaczanie wpływu defektów i domieszek z głębokimi poziomami na jasność, trwałość i przewodnictwo. Badania będą prowadzone metodą spektroskopii admitancyjnej, charakterystyk I-V, QDLT oraz fotoprzewodnictwa. Wykorzystanie wielowarstwowych struktur organicznych jako źródeł światła i ogniw fotopowielaczy. Docelowe jest nawiązanie współpracy z firmami zajmujących się produkcją  elementów polimerowych DOMIK Bydgoszcz.

  • Fosfory w postaci cienkich warstw monokrystalicznych związków tlenkowych: właściwości strukturalne i luminescencyjne
    prof. dr hab. Yuriy Zorenko

Główny temat projektu dotyczę procesów stworzenia i badania właściwości strukturalnych i luminescencyjnych wybranych związków tlenkowych, w szczególności złożonych granatów A3B5O12 (A= Lu, Y, Gd; B = Al, Sc, Ga), krystalizowanych w postaci warstw monokrystalicznych metoda epitaksji z tęczy (LPE growth). Właściwości warstw złożonych granatów będą porównywane z właściwościami kryształów mikro- i nano-proszków, ceramiki optycznej oraz tych samych materiałów. Przedmiotom badan eksperymentalnych będą:

  • procesy krystalizacji warstw złożonych granatów A3B5O12 (A= Lu, Y, Gd; B = Al, Sc, Ga) metoda LPE;
  • fundamentalne właściwości luminescencyjne ukazanych materiałów oraz właściwości, który zależy od metody ich przygotowania.

Prowadzone badania jest skierowane na stworzenie nowych ekranów scyntylacyjnych dla wizualizacji obrazów w postaci cienkich warstw monokrystalicznych materiałów tlenkowych z wysoka zdolnością do absorpcji promieniowania rentgenowskiego.

  • Badanie rozkładu wielkości kropel aerozolu wodnego wytwarzanego metodą wybuchową z punktu widzenia zastosowań gaśniczych (do ochrony przeciwpożarowej)
    prof. dr hab. Roman Dygdała

Zagadnienie pomiaru wielkości kropel aerozolu należy do szerokiej klasy problemów metrologicznych analizy wielkości cząstek fazy zdyspergowanej układów dyspersyjnych, która ma zastosowanie w wielu dziedzinach nauki i techniki np.: biochemia, biologia, medycyna, ochrona środowiska, medycyna, farmacja. Powszechność układów dyspersyjnych w przyrodzie przekłada się na zainteresowanie metodami pomiaru wielkością cząstek układów dyspersyjnych.

Wybuchowa produkcja aerozolu polega na detonacji ładunku wybuchowego w kapsule wodnej, w wyniku czego następuje fragmentacja medium aerozolowanego. Ten sposób wytwarzania kropel ma zastosowanie m.in. w gaszeniu ognia, a skuteczność metody ściśle związana jest z wielkością drobin aerozolu. Pomiar wielkości kropel, wytworzonych tą metodą, jest zagadnieniem trudnym do wykonania ze względu na nadciśnienia występujące w obszarze oddziaływań aerozolu. Maksymalne nadciśnienia, które uzyskano podczas doświadczeń, są rzędu 50 kPa. Czynnik ten stanowi główną wytyczną do projektowania urządzeń i stosowanych metod pomiarowych służących pomiarom rozmiarów kropel.

Aerozol wodny ma znakomite własności gaśnicze, które przewyższają wielokrotnie tradycyjne metody polewania ognia wodą. W przypadku aerozolowania wybuchowego efekt gaśniczy zostaje spotęgowany przez falę uderzeniową, która jest wytwarzana w wyniku detonacji materiału wybuchowego. Właściwości gaśnicze aerozolu wodnego można zmieniać poprzez dodawanie domieszek do medium aerozolowanego, co znacznie rozszerza zakres możliwości jego stosowania.

Główną problematyką wymagającą przeprowadzenia badań są między innymi poligonowe badania rozkładów kropel wodnych. Aby przeprowadzić takie badania zlecamy nadzór nad stosowaniem materiałów wybuchowych firmie posiadającej odpowiednie uprawnienia. Posiadając nasz odpowiedni sprzęt pomiarowy koszt takich badań wyniesie ok. 15.000,00 zł rozliczone w formie faktury przez firmę nadzorującą.

 

Uniwersytet Kazimierza Wielkiego, Instytut Fizyki,

ul. Weyssenhoffa 11, 85-090 Bydgoszcz, tel. 052/341-90-22 wew. 103.