Opis zakresu POB3
Obszar badawczy obejmuje analizy koncepcyjne i badania eksperymentalne, skupione na otrzymywaniu nowych materiałów o pożądanych własnościach, ze szczególnym uwzględnieniem perspektywy ich zastosowań technologicznych. Zasadniczym celem rozwoju zaawansowanych materiałów jest podniesienie komfortu i jakości życia ludzi, rozwiązanie największych problemów cywilizacyjnych związanych z deficytem energii, wody, żywności i zmianami klimatu oraz ograniczenia negatywnych skutków rozwoju technologicznego. Otrzymywanie zaawansowanych materiałów wymaga pozyskiwania wiedzy na temat struktury krystalicznej i elektronowej oraz doskonalenia umiejętności manipulowania materią (również w skali atomowej). Efektywność i powtarzalność prowadzonych badań w ostatnich latach znacząco wzrasta, co wiąże się bezpośrednio z postępem w zakresie aparatury naukowej i jej oprogramowania. Uczelnia dysponuje zespołem nowoczesnych i kompleksowo wyposażonych laboratoriów, dedykowanych zarówno do wytwarzania, jak i charakteryzowania otrzymanych materiałów oraz zespołem doświadczonych operatorów.
Przykładowo, laboratorium Spektroskopii Elektronowych i Materiałów Funkcjonalnych ESpeFuM prowadzi badania materiałów i struktur materiałowych dla zastosowań w elektronice, fotowoltaice i metrologii, w tym interfaz oraz powierzchni struktur hybrydowych nieorganiczno-organicznych. Wykonuje pomiary metodami spektroskopowymi: ultrafioletowej i rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronowej (UPS, XPS), elektronów Augera (AES), wydajności kwantowej fotoemisji (PYS), termoprogramowanej desorpcji (TDS), spektroskopii impedancyjnej (IS). Jako techniki uzupełniające wykorzystywane są mikroskopie skaningowe: elektronowa (SEM), sił atomowych (AFM), sił elektrycznych (EFM), cieplna (SThM) i sondą Kelvina (SKPM). Ponadto laboratorium dysponuje szeregiem metod dla pomiarów optycznych i fotoelektrycznych (fotoluminescencja, fotoprzewodnictwo, fotonapięcie powierzchniowe, fotopojemność) oraz pomiarów cieplnych (fototermicznych i skaningowej kalorymetrii różnicowej DSC). Laboratorium posiada stanowisko ultra-wysokiej próżni do wytwarzania metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD) cienkowarstwowych struktur hybrydowych, z możliwością transferu próbek in-situ do ultra-wysokopróżniowych komór badawczych.
Główne kierunki realizowanych badań obejmują otrzymywanie i aplikację materiałów o nowych, użytecznych własnościach wynikających z nanorozmiaru, opracowywanie efektywnych technologii wytwarzania metali i ich stopów, nowoczesnych materiałów kompozytowych o osnowie metali lekkich, nowoczesnych szkieł metalicznych z dodatkiem pierwiastków ziem rzadkich, powłok (nanoszonych na materiały konstrukcyjne i narzędziowe) i cienkich warstw (dla fotowoltaiki i optoelektroniki), opracowywania technologii laserowej modyfikacji powierzchni stopów metali oraz otrzymywania i wykorzystania nowych materiałów w inżynierii biomedycznej i stomatologicznej.
Główne kierunki realizowanych badań obejmują otrzymywanie i aplikację:
- materiałów o nowych, użytecznych własnościach wynikających z nanorozmiaru (otrzymywania nanorurek węglowych i grafenu techniką CVD oraz nanowłókien polimerowych techniką elektroprzędzenia, wprowadzania do struktury nanowłókien polimerowych nanoczastek metali i ich tlenków, wytwarzania nanocząstek do zastosowań katalitycznych, jako nośników leków, materiałów o specjalnych własnościach fizycznych oraz składników innych materiałów nanokompozytowych),
- opracowywanie efektywnych technologii wytwarzania metali i ich stopów (stale wielofazowe, TRIP, TWIP i SBIP, umacnianych dyspersyjnie, rozdrobnienie mikrostruktury w wyniku intensywnego odkształcania plastycznego, metalurgia proszków, infiltracja ciśnieniowa) oraz zaawansowanych materiałów kompozytowych o osnowie metali lekkich,
- nowoczesnych szkieł metalicznych na osnowie metali lekkich (Mg, Ca) i ferromagnetycznych (Fe, Co, Zr) z dodatkiem pierwiastków ziem rzadkich,
- powłok nanoszonych na materiały konstrukcyjne i narzędziowe (CVD, PVD, technologie hybrydowe) i cienkich warstw dla fotowoltaiki i optoelektroniki (nanostrukturalnych oraz transparentnych warstw przewodzących TCL, stosowanych w urządzeniach elektronicznych, jako elementy wyświetlaczy i monitorów oraz w ogniwach fotowoltaicznych), transparentnych warstw przewodzących z nanomateriałów węglowych (nanorurki, grafen) oraz tlenkowych warstw ZnO domieszkowanych metalami przejściowymi, również do zastosowań w fotowoltaice,
- opracowywania technologii laserowej modyfikacji powierzchni stopów metali oraz druku 3D,
- otrzymywania i wykorzystania nowych materiałów w inżynierii biomedycznej i stomatologicznej,
- modyfikacja warstwy wierzchniej implantów tytanowych z zastosowaniem plazmowego utleniania elektrochemicznego,
- badania korozyjne zawansowanych materiałów,
- opracowanie efektywnych technologii wytwarzania i przetwarzania stopów na osnowie faz międzymetalicznych z układów Ti-Al i Fe-Al, stopów Cu-Ti-X, stopów aluminium, stopów tytanu oraz stopów tytanu o ulepszonych właściwościach spowodowanych obecnością węgla
- opracowanie technologii wytwarzania kompozytów na osnowie aluminium i magnezu typu ex situ zbrojonych cząstkami (TiN TiC, HfC SiO2, Al2O3) i włóknami (Ni, Cr), oraz typu in situ zawierającymi fazy międzymetaliczne (aluminidów żelaza i aluminidku Ti3Al),
- opracowanie technologii wysokotemperaturowej obróbki wodorowej w zakresie stopów tytanu i stopów na osnowie faz międzymetalicznych,
- aplikacja stali i stopów, dobór technologii otrzymywania powłok odpornych na niszczenie w warunkach eksploatacji oraz technologii łączenia dla nowoczesnej energetyki z przeznaczeniem na elementy instalacji o parametrach supernadkrytycznych,
- opracowanie efektywnych technologii odlewniczych stopów magnezu (Mg-Al-Ca-Sr, stopy magnezu z pierwiastkami ziem rzadkich np. AE44, WE43 oraz stopy Mg-Li), kompozytów na osnowie stopów magnezu oraz stopów aluminium przeznaczonych dla motoryzacji i lotnictwa,
- projektowania i wytwarzania nowych materiałów przeznaczonych do zastosowań wysokotemperaturowych, w tym nadstopów niklu oraz kobaltu, jak również materiałów ceramicznych przeznaczonych do otrzymywania powłokowych barier cieplnych TBC.
Tu, na Politechnice Śląskiej, zajmujemy się największymi wyzwaniami, które stoją przed syntezą nanorurek węglowych, opóźniając ich wdrożenie w życie codzienne dla dobra społeczeństwa. By to osiągnąć, opracowano szereg innowacyjnych metod syntezy i tworzenia z nich makroskopowych sieci (włókien, powłok, etc.). Co więcej, zaprojektowano precyzyjne metody kontroli struktury tych materiałów by szyć na miarę ich właściwości pod konkretne zastosowania. Przewiduje się, że rozwiązania na bazie nanostruktur węglowych będą grały wiodącą rolę w fotonice, elektronice i innych polach eksploatacji. Naukowcy Politechniki Śląskiej opracowali nowe emitery ekscypleksowe oraz termicznie aktywowanej opóźnionej fluorescencji do wykorzystania w wyświetlaczach i oświetleniu OLED a poprzez dofinansowanie z Unii Europejskiej z programu Horyzont 2020 byli w stanie nawiązać współpracę z renomowanymi jednostkami badawczymi i firmami w tym zakresie. Elektronika Organiczna jest w tej chwili na samym szczycie zainteresowania naukowego i wiele firm inwestuje w rozwój w tej dziedzinie (Apple, LG, Samsung). W Polsce Politechnika Śląska jest jedyną instytucją działającą na szeroką skalę w elektronice organicznej i współpracująca z wieloma międzynarodowymi firmami jak AIXTRON S.E., Merck KGgA, Novaled (Samsung), Cynora, Pratt and Whitney Canada.
