Materiálový výzkum na ústavu anorganické chemie Ondřej Jankovský
ÚSTAV ANORGANICKÉ CHEMIE Koordinační chemie Materiály pro fotoniku Oxidové materiály Polovodiče a nanomateriály Teoretická chemie Vedoucí ústavu: Prof. Dr. Ing. David Sedmidubský Výuka Obecná a anorganická chemie I a II (OACh-I) (OACh-II) Laboratorní cvičení z obecné a anorganické chemie I a II Chemické výpočty (ChV) Struktura a vlastnosti anorganických materiálů (SVAM) Bezpečnost a legislativa v chemii (BLCh) Laboratoř oboru chemie a technologie materiálů Krystalochemie (KCh) Technologie speciálních anorganických materiálů (TSAM) Koordinační chemie Teoretické principy anorganické chemie Laboratorní projekt I (laboratoře oboru) 2
ÚSTAV ANORGANICKÉ CHEMIE Koordinační chemie Materiály pro fotoniku Oxidové materiály Polovodiče a nanomateriály Teoretická chemie OBLASTI VÝZKUMU Nanomateriály grafen, MoS 2, CNT Koordinační chemie a elektrochemie karbenové komplexy Směsné oxidy kobaltu: Ca-Co-O, Bi-Sr-Co-O (vysokoteplotní termoelektrika) Perovskity na bázi manganu (M 1-x AE x MnO 3 ): La-Sr-Mn-O, Pr-Sr-Mn-O, Polovodiče A III N: Ga-Al-N (elektronika), Ga-Er-N (optoelektronika), Ga-(Mn,Cr,Gd)-N (spintronika) Vysokoteplotní supravodiče: Y-Ba-Cu-O, Bi-Sr-Ca-Cu-O, Hg-Ba-Ca-Cu-O Materiály pro optoelektroniku (skla, LiNbO 3 dopování RE) TiO 2 fotokatalýza, pigmenty Materiály pro jaderné aplikace: AnN, UO 2, MOX (paliva), pyrochlory Ln 2 Zr 2 O 7 (matrice pro An), An-Be-Li-K(Na)-F 3
Spolupráce a mnoho dalších podniků, vysokých škol i výzkumných institucí 4
ÚSTAV ANORGANICKÉ CHEMIE Koordinační chemie Materiály pro fotoniku Oxidové materiály Polovodiče a nanomateriály Teoretická chemie Experiment - měření potenciálů, při kterých dochází k oxidaci nebo k redukci zkoumané molekuly - měření rychlosti, s níž reakce probíhá - studium reakčního mechanismu -spojení elektrochemických a spektroskopických metod -úplná elektrolýza následovaná analýzou produktů Teorie - kvantově- chemický výpočet tvaru orbitalů a jejich energie - simulace spekter Me 2 N O Cr(CO) 5 OMe poslední plný orbital (HOMO) první volný orbital (LUMO)
PLANÁRNÍ OPTICKÉ VLNOVODY ÚSTAV ANORGANICKÉ CHEMIE Koordinační chemie Materiály pro fotoniku Oxidové materiály Polovodiče a nanomateriály Teoretická chemie Materiály pro integrovanou optiku - pasivní: odbočnice, ultrarychlé přepínače - aktivní: optické zesilovače, vlnovodné lasery Příprava optických vrstev - iontovými výměnami: Ag + /K + /Cu + /Er 3+ /Li + (tavenina) Na + /K + /Li + - iontovými implantacemi vidová spektroskopie (substrát) polarizační mikroskop
ÚSTAV ANORGANICKÉ CHEMIE SUPRAVODIČE Koordinační chemie Materiály pro fotoniku Oxidové materiály Polovodiče a nanomateriály Teoretická chemie TERMOELEKTRIKA Ca3Co3.93O9+ =[Ca2CoO3-z][CoO2]1.62 2.0 Bi1.8Pb0.2Sr2Ca2Cu3O10+ [m.cm] 1.5 1.0 0.5 0.0 0 50 100 150 T [K] 200 250
SOL-GEL PŘÍPRAVA OXIDOVÝCH MATERIÁLŮ - homogenita roztoků/solů na atomární úrovni - snížení krystalizačních teplot o stovky C - vysoce reaktivní amorfní prekursory - testování nových materiálů před použitím nákladnější technologie např. luminiscence Er 3+ iontů v nové matrici: ÚSTAV ANORGANICKÉ CHEMIE Koordinační chemie Materiály pro fotoniku Oxidové materiály Polovodiče a nanomateriály Teoretická chemie DEPOZICE TENKÝCH VRSTEV Z KAPALNÉ FÁZE vzorek připravený sol-gel metodou monokrystal připravený LPE spin-coater WS-650SZ- 6PNN/LITE Laurell Tech. Corp. dip-coater RDC21-K Bungard Elektronik GmbH
ÚSTAV ANORGANICKÉ CHEMIE Koordinační chemie Materiály pro fotoniku Oxidové materiály Polovodiče a nanomateriály Teoretická chemie PŘEDNÁŠKY V NÁSLEDUJÍCÍ SEKCI ČESKO JE NANO
DOS [ev -1 ] T(K) Wien2k výpočty elektronových struktur 10 5 N-2p Ga 0.875 Mn 0.125 N Mn-3d e g ÚSTAV ANORGANICKÉ CHEMIE t 2g Koordinační chemie Materiály pro fotoniku Oxidové materiály Polovodiče a nanomateriály Teoretická chemie Ga-4s FactSage výpočty termodynamických rovnovah a fázových diagramů 1800 T = 1373 K p O2 = 0.21 BiO 1.5 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1.0 0.0 0.0 0.2 0.4 B 0.6 2 S 3 0.8 1.0 SrO Ca - Co - O 2 p(o 2 ) = 0.21 atm Liq 1.0 MnO x 0.8 SM 3 0.6 SM S 4 M 3 0.4 S 7 M 4 0.2 0 E F 1600-5 Ga-4s 1400-10 N-2p Mn-3d -8-4 0 4 E [ev] e g t 2g 1200 1000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 x Co
Navrhované projekty OD ROKU 2015: GACR MPO - TRIO TACR - EPSILON MSMT OP VVV MVCR MZe MFCR - NORSKÉ FONDY 11
Výsledky základního i aplikovaného výzkumu ZÁKLADNÍ VÝZKUM Cca 70 publikací v impaktovaných časopisech za rok Často velmi prestižní časopisy ACS nano (IF 12.9) Advanced Functional Materials (IF 11.8) Angewandte Chemie International Edition (IF 11.3) Chemistry of Materials IF (8.4) Podpora z projektů GACR APLIKOVANÝ VÝZKUM 1-2 užitné vzory za rok Neúspěch v získávání dotací z TACR, MPO, MVCR, atd Neefektivní spolupráce s průmyslem Nízké využití často velmi zajímavých výsledků základního výzkumu 12
LABORATOŘE ÚSTAVU ANORGANICKÉ CHEMIE NEDOSTAČUJÍCÍ PROSTORY!!! 13
14
KALORIMETRY, LFA 15
XRD 16
AFM, Ramanova spektroskopie, FT-IR, Spektrofotometr 17
FIB Spolupráce s jinými ústavy 18
SPS, PPMS a HR-TEM Spolupráce s jinými ústavy 19