POB 3.6. Modelowanie i badanie właściwości fizykochemicznych materiałów
Badania obejmują trzy główne grupy zagadnień. Pierwsza dotyczy modelowania materiałów i struktur, tak na poziomie molekularnym, jak i w mikro- i makroskali. Do modelowania molekularnego wykorzystywane są programy wykonujące obliczenia w oparciu o tak zwane pierwsze zasady. Pozwalają na wyznaczenie struktury elektronowej, modelowanie układów cząstek w nanoskali, analizę oddziaływań pomiędzy warstwą cząstek i otoczeniem. Dzięki temu jest możliwe projektowanie przyrządów elektronicznych, w tym między innymi czujników gazów toksycznych i ogniw fotowoltaicznych, dobór optymalnej warstw aktywnych, bez konieczności eksperymentalnej weryfikacji każdego rozważanego rozwiązania. Modelowanie w mikro- i makroskali oparte jest na analizie metodą elementów skończonych. Przykładowe zastosowania to analiza procesów transportu ciepła towarzyszących pomiarom cieplnym w nanoskali, modelowanie pomiarów elektrycznych i termoelektrycznych dla próbek o nieregularnych kształtach, czy też modelowanie właściwości mechanicznych różnych struktur materiałowych.
Druga grupa zagadnień dotyczy wytwarzania nowych materiałów, w tym głównie cienkich warstw będących elementem aktywnym przyrządów elektronicznych oraz warstw pasywujących. Warstwy materiałów organicznych i nieorganicznych są wytwarzane tak metodami próżniowymi, jak i z wykorzystaniem tanich metod „mokrych” - rozwirowywania (spin-coating) i zanurzanie (dip-coating).
Ostatnia grupa prac w ramach podobszaru dotyczy metod badania mikro- i nanostruktur. Metody pomiarowe obejmują techniki typowe dla badań z zakresu fizyki i chemii: wysokopróżniowe spektroskopie elektronowe, temperaturowo-programowaną desorpcję, mikroskopie skaningowe, ale także metody wykorzystywane w badaniach nieniszczących: spektroskopie impedancyjną, pomiary fototermiczne, pomiary cieplne. Daje to możliwość kompleksowego badania materiałów oraz analizy zjawisk zachodzących w aktywnych strukturach materiałowych. Jednocześnie oferowane są badania, którymi może być zainteresowany przemysł.
W ramach podobszaru badawczego prowadzi się również prace nad wdrożeniem nowych, niestandardowych metodologii pomiarów, mogących dostarczyć informacji na temat właściwości materiałów przyszłości oraz wskazać kierunki rozwoju technologii.
Najważniejsze publikacje
- A. Domanowska, M. Krzywiecki, B. Adamowicz, S. M. Gorantla, K. Suchanek, M. Mitura-Nowak, A. Michalewicz, M. Zięba, P. Karasiński, Sol-gel derived SiOx:TiOy films for integrated optics: HR S/TEM and AES/XPS insight to structure and chemical composition, Materials Science and Engineering B 303 (2024) 117289.
- E. Bondarenko, P. Chulkin, M. Krzywiecki, Bismuth oxysulfide films with giant external quantum efficiency: Investigation of photoelectrochemical properties and stability in dimethyl sulfoxide solutions for application in photodetectors, Applied Surface Science 654 (2024) 159500.
- M. Chirtoc, J. Bodzenta, A. Kaźmierczak-Bałata, Calibration of conductance channels and heat flux sharing in scanning thermal microscopy combining resistive thermal probes and pyroelectric sensors, International Journal of Heat and Mass Transfer 156 (2020) 119860.
- H. Aldahhak, P. Powroźnik, P. Pander, W. Jakubik, F.B. Dias, W.G. Schmidt, U. Gerstmann, M. Krzywiecki Toward efficient toxic-gas detectors: Exploring molecular interactions of sarin and dimethyl methylphosphonate with metal-centered phthalocyanine structures, The Journal of Physical Chemistry C 124 (2020) 6090-6102.
- D, Trefon-Radziejewska, J. Juszczyk, Z. Opilski, M. Pawlak, G. Hamaoui, P. Powroźnik, V. Smokal, O. Krupka, B. Derkowska-Zielinska, Light-induced thermal and optical behavior of functionalized side-chain push–pull azo polymer thin films, The Journal of Physical Chemistry C 127 (2023) 13854-13865.
Projekty badawcze
- SONATINA-6 Projektowanie i charakteryzacja hybrydowych struktur tlenek aluminium/ftalocyjanina UMO-2022/44/C/ST5/00083
- MINIATURA-6 Analiza korelacji morfologii i powierzchniowych właściwości elektronowych cienkich warstw tlenku bizmutu dla zastosowań w nanoelektronice DEC-2022/06/X/ST5/01248
- MINIATURA-6 Określenie wpływu morfologii powierzchni na lokalne przewodnictwo cieplne cienkich warstw ftalocyjanin metali o różnych wartościowościach DEC-2022/06/X/ST5/00861
Redaktorzy wydań specjalnych
- Sensors, Special Issue: “Gas Sensors: Progress, Perspectives and Challenges,
Guest Editors: P. Powroźnik, M. Krzywiecki. - Applied Sciences, Special Issue "Next-Generation Electronic and Optoelectronic Devices and Materials",
- Guest Editors: J. Zakrzewski, J. Bodzenta.
Współpraca krajowa i międzynarodowa
- Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk
- Akademia Górniczo-Hutnicza
- Uniwersytet Mikołaja Kopernika
- Politechnico di Torino
- Norwegian Uniwersity of Science and Technology
- University of Oslo
- University of Liverpool
- Universität Paderborn
- Université Gustav Eiffel, Paris
