Doktoranci Wydziału FTIMS otrzymali finansowanie na projekty badawcze z Narodowego Centrum Nauki | FTiMS - Politechnika Gdańska

Celem projektu jest badanie kompozytów na bazie wanadanów amonu (AVOs) oraz redukowanego tlenku grafenu (rGO). Wanadany amonu posiadają specyficzną warstwową strukturę, która w połączeniu z wielowalencyjnością wanadu sprawia, że mogą być wykorzystywane jako materiał katodowy w bateriach jonowych.

„Niestety, ich zastosowanie ogranicza niska przewodność elektryczna oraz słaba stabilność.  – mówi pomysłodawczyni projektu - Z drugiej strony, kompozyty na bazie materiałów węglowych są stosowane w celu poprawy wydajności różnych urządzeń elektrochemicznych. Połączenie rGO, który charakteryzuje się wysokim przewodnictwem elektrycznym oraz rozwiniętą powierzchnią właściwą, z AVOs jest bardzo obiecujące. Przewidujemy, że otrzymane kompozyty o hierarchicznej, porowatej architekturze posiadać będą niezwykłe właściwości elektrochemiczne, takie jak wysoka pojemność właściwa, stabilność w czasie.”

Kompozyty zostaną otrzymane na drodze metody hydrotermalnej. Łagodne warunki syntezy tj. stosunkowo niska temperatura (<200°C), krótki czas reakcji (kilka godzin) oraz woda jako medium reakcyjne w połączeniu z niedrogimi reagentami czynią zaproponowaną metodę bardzo atrakcyjną. Otrzymane kompozyty zostaną w pełni scharakteryzowane w celu określenia ich struktury, składu chemicznego oraz morfologii. Pozwoli to na określenie wpływu parametrów syntezy na końcowy produkt, co jest ważne w projektowaniu nowych materiałów i ich dalszym wykorzystaniu. Ostatecznie, kompozyty AVO/ rGO zostaną przetestowane w roli nowych materiałów katodowych w jedno i wielo- walencyjnych bateriach jonowych.

Małgorzata Nadolska to doktorantka IV roku Studium Doktoranckiego Fizyki. Swoje prace realizuje pod opieką dr hab. inż. Kamili Sadowskiej i dr. inż. Marty Prześniak-Welenc. W pracy naukowej zajmuje się nanomateriałami węglowymi. Badania te dotyczą przede wszystkim funkcjonalizacji kowalencyjnej nanorurek węglowych i tlenku/redukowanego tlenku grafenu w kierunku zastosowań w medycynie i ochronie środowiska. Ponadto, interesuje się także syntezą hydrotermalną nanomateriałów. W wyniku tych zainteresowań zrodził się pomysł na jednoczesną syntezę   redukowanego tlenku grafenu oraz wanadanów amonu w celu otrzymania kompozytu.

Projekt badawczy mgr. inż. Bartosza Trawińskiego, doktoranta w Instytucie Nanotechnologii i Inżynierii Materiałowej, otrzymał sfinansowanie ze środków Narodowego Centrum Nauki w ramach konkursu Preludium. Tytuł projektu to „Jonowe zjawiska termoelektryczne w selenku miedzi(I) w trakcie przejścia fazowego α→β i poza nim”. Prace badawcze będą realizowane przez 2 lata, a wysokość środków finansowych na nie przeznaczonych to prawie 140 tys. zł!

„Zjawiska termoelektryczne związane z jonami jest słabo rozpoznaną częścią wiedzy o materiałach termoelektrycznych. – twierdzi pan Trawiński - Jednym z takich materiałów jest selenek miedzi (Cu₂Se). Szczególnie interesujące są własności Cu₂Se w trakcie przejścia fazowego, które zachodzi ok. 140°C. W tej przemianie materiał zmienia swoją strukturę tak, że jony miedzi zostają „uwolnione” i materiał zaczyna przewodzić jonowo. Badanie zjawisk termoelektrycznych w trakcie tej przemiany jest celem projektu.”

Tematyka projektu nie jest jednak ograniczona do jednego materiału: „Poza badaniem samego selenku miedzi, badane będą materiały niestechiometryczne, w których stosunek ilości Cu do Se jest mniejszy od 2. Selenek miedzi można domieszkować, np. zamieniając część atomów selenu tellurem oraz część atomów miedzi srebrem lub indem. Wiadomo, że takie zmiany w składzie wpływają na transport jonów miedzi w selenku miedzi i tym samym na zjawisko termoelektryczne.” – dodaje przyszły kierownik projektu.

W finansowanym projekcie kluczowe będzie zaadoptowanie technologii pomiarowej do pomiaru właściwości jonowych, a nie elektronowych. W urządzeniach do pomiarów właściwości elektrycznych stosuje się zwykle części z metali, które przewodzą elektrony. To czyni aparaturę czułą na właściwości związane z elektronami. Do pomiarów właściwości jonowych trzeba wytworzyć aparaturę z elektrodami przewodzącymi tylko jony miedzi. Dodatkowym utrudnieniem będzie mała ilość materiałów, z których można wykonać elektrody pracujące w temperaturach tak niskich jak 100°C. Poza efektem termoelektrycznym, przebieg przejścia fazowego będzie analizowany za pomocą analizy termicznej oraz badania struktury krystalicznej. Zestawienie tych wyników pozwoli wyciągnąć wnioski dotyczące zjawisk zachodzących w czasie przemiany.

Biogram kierownika projektu:

Przyszły kierownik projektu, mgr inż. Bartosz Trawiński to doktorant 4. roku Studium Doktoranckiego Fizyki na Wydziale Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej. Na co dzień prowadzi prace badawcze w Instytucie Nanotechnologii i Inżynierii Materiałowej. Jego praca doktorska dotyczyć będzie procesu wytwarzania materiałów termoelektrycznych metodą redukcji tlenków. Zajmuje się także badaniem samych właściwości termoelektrycznych różnych materiałów.