Teme istraživanja

Prvi cilj NFM-a jest poticati istraživanja u znanosti o naprednim materijalima i inježenjerstvu omogućavanjem zajedničkog rada interdisciplinarnih i multidisciplinarnih istraživačkih grupa Centra. Predložene istraživačke aktivnosti NFM-a za svako od predloženih područja u periodu od pet godina zasnovane su na sinergijskom efektu uključenih grupa/laboratorija od kojih se svaka odlikuje u svojoj istraživačkoj problematici: kao i otvaranjem novih suvremenih istraživačkih tema koje obećavaju brz napredak i nove tehnološke proizvode. Predloženo pojačavanje suradnje istraživača u centru obuhvaćat će ova tri istraživačka programa:

P1. Silicijeve nanostrukture za napredne aplikacije (voditelj M. Ivanda)
P2. Sol-gel tehnologija za nove funkcionalne materijale (voditeljica M. Ristić)
P3. Nanostrukturni materijali za energetiku (voditelj N. Radić)

Program P1. Silicijeve nanostrukture za napredne aplikacije se odnosi na istraživanja nanostrukturiranih silicijevih tankih filmova za napredne aplikacije. Niskotlačna kemijska depozicija para (engl. low pressure chemical vapor deposition ili LPCVD) i fizikalna depozicija para (eng. physical vapor deposition – PVD) razvijeni u grupi dr. Ivande bit će korišteni za depoziciju silicijskih tankih filmova i žica, oksida bogatih silicijem, nitrida bogatih silicijem, amorfnog silicija, polikristaliničnog silicija, za dopiranje borom, fosforom, erbijem i europijem pločica silicija, kvarcnog stakla, supstrata od Al2O3 te mikrosfera silicija. Porozni silicij bit će pripremljen procesom anodizacije. Ispitat će se strukturna, optička, električka i transportna svojstva ovih materijala, a istraživački rad provest će se kroz sljedeće projekte (voditelj M. Ivanda):

T1. Niskodimenzionalni silicij za kemijske senzore,
T2. Silicijski termoelektrički elementi
T3. Novi materijali na bazi silicija za fotoniku
T4. Razvoj novih tehnika Ramanovog raspršenja

Program P2. Sol-gel tehnologija za nove funkcionalne materijale uključuje istraživanje sinteze različitih nanokristala i nanostruktura te njihove moguće primjene. Poseban naglasak biti će na razumjevanju mehanizama taloženja metalnih oksida iz vodenih I nevodenih precipitacijskih sustava željezovih oksida I Me-dopiranih zeljezovih oksida za specifičnu primjenu u izradi kemijskih senzora plina. Sintetizirat će se i analizirati koloidne suspenzije metalnih čestica za primjenu u biomedicini, gdje se planira izrada i aparatura za sintezu nanožica. Izuzetna pažnja bit će posvećena sintezi nanočestica metala i metalnih oksida postupcima zelene kemije čime se želi eliminirati uporaba toksičnih kemikalija pri njihovoj sintezi što na industrijskoj skali proizvodnje može imati značajan učinak na zaštitu okoliša. Za karakterizacija strukturnih, čestičnih I površinskih svojstava sintetiziranih materijala koristit će se različite instrumentalne tehnike (strukturne, spektroskopske, mikroskopske i tehnike termičke analize). Istraživački rad provest će se kroz sljedeće zadatke:

T1. Nanokristalni metalni oksidi za kemijske senzore (voditeljica M. Ristić)
T2. Primjena nanočestica u medicini (voditelj M. Gotić)
T3. Sinteze 1D i 2D metalnih oksida za razvoj novih funkcionalnih materijala (voditeljica M. Ristić)
T4. Istraživanje i razvoj novih multiferoičnih materijala (voditelj I. Đerđ)

Glavni cilj trećeg programa P3. Nanostrukturirani materijali za energetiku je istraživanje priprave, strukturnih svojstava i primjene nano-baziranh materijala pripravljenih depozicijom magnetronskim rasprašenjem. Osnovni interes je fokusiran na istraživanje nedavno pronađenih materijala baziranim na samouređenim nanočesticama u amorfnim matricama. Ti materijali su otkriveni i razvijeni u našoj grupi u posljednjih nekoliko godina. Oni su građeni od prostorno uređenih nanoobjekata različitog sastava (metali, poluvodiči ili njihova mješavina) koji su ugrađeni u razne amorfne matrice (alumina, kvarc, mulit). Ti materijali imaju veliki potencijal za primjenu u raznim područjima nanotehnologije. Jedna od najobećavajućih primjena takvih poluvodičkih nanočestica je u super-efikasnim solarnim ćelijama i fotodetektorima. Metalne nanočestice imaju visoku primjenjivost u danas vrlo popularnim u spintroničkim uređajima. Za miješane nanočestice se očekuje pojava novih neobičnih svojstava kao npr. magnetska svojstva upravljiva pomoću električnog polja koja se javljaju kod mješavine poluvodič-metal nanočestica. Dodatna prednost tih materijala je pravilan prostorni raspored nanočestica u njima. Poznato je da se u takvim sustavima mogu očekivati efekti kolektivnog ponašanja, koji omogućavaju inženjering i dizajn opto-električnih svojstava tim materijala. Dodatno, naša vrlo nedavna istraživanja rezultirala su razvojem materijala koje pokazuju neobičan potencijal za pohranu vodika. Ti materijali su od velikog interesa za skladištenje energije. Glavni cilj programa je postati centar izvrsnosti u RH za pripravu, karakterizaciju i primjenu ovih iznimnih nanočestičnih materijala. Aktivnosti koje se planiraju provoditi tijekom programa su klasificirane u tri skupine zadataka prema tipu nanočestičnog materijala koji će se istraživati.

T1. Poluvodičke kvantne točke (voditeljica M. Buljan)
T2. Metalne i miješane nanočestice (voditelj N. Radić)
T3. Materijali za skladištenje vodika (voditelj N. Radić)

Članovi

1.Laboratorij za molekulsku fiziku i sinteze novih materijala, IRB: voditelj laboratorija: M. Ivanda, M. Gotić, G. Štefanić, (znanstveni savjetnici) V. Mohaček Grošev (viši znanstveni sur.),  A. Šarić, A. Maksimović, D. Ristić i H. Gebavi  (znanstveni sur.), V. Đerek (postdoktorand), L. Mikac (znanstvena suradnica), Daniil Životkov, Vlatko Gašparić, Nikola Baran (doktorandi), J. Forić (tehničar), aktivni znanstvenici u mirovini: D. Risović i S. Lugomer (znanstveni savjetnici)  +  2 doktoranda

2.Laboratorij za sintezu novih materijala, IRB: voditelj grupe M. Ristić (znanstveni savjetnik), S. Krehula (viši znanstveni sur.), Ž. Petrović (znanstveni sur.),  M. Marciuš (stručni suradnik), IRB emeritus: S. Musić (znanstveni savjetnik).

3.Laboratorij za tanke filmove, IRB: voditelj laboratorija M. Buljan (viši znanstveni sur.), T. Car (znanstveni sur.), tehničar,  aktivni znanstvenik u mirovini: N. Radić (znanstveni savjetnik).

4.Laboratorij za sintezu i kristalografiju funkcionalnih materijala, IRB: voditelj laboratorija J. Popović, I. Đerđ (viši znanstveni sur.),  M. Vrankić (viši znanstveni asistent).

5.Članovi drugih laboratorija IRB-a:  Nikola Biliškov (znanstveni sur.), Laboratorij za kemiju čvrstog stanja i kompleksnih spojeva; D. Vojta (znanstvena suradnica), Laboratorij za fizikalno organsku kemiju; G. Baranović (znanstveni savjetnik, aktivni znanstvenik u mirovini), Laboratorij za molekulsku spektroskopiju:), A. Gajović (znanstveni savjetnik), Laboratorij materijala za konverziju energije i senzore, T. Jurkin  (znanstvena suradnica) Laboratorij za radijacijsku kemiju i dozimetriju

6.Končar – Institut za elektrotehniku d.d.: direktor instituta S. Marijan (znanstveni suradnik), D. Vrsaljko (viši asistent), T. Karažija (znanstveni novak), V. Đurina (znanstveni novak).

7.Institut za fiziku: voditelj grupe D. Starešinić (viši znanstveni suradnik), aktivni znanstvenik u mirovini: M. Očko (znanstveni savjetnik).

8.Sveučilište u Zagrebu, Medicinski fakultet, Zavod za fiziku: voditelj zavoda O. Gamulin (docent), S. Dolanski-Babić (docent), K. Serec (viši  znanstveni asistent), M. Škrebić (znanstveni asistent).

Oprema

Kapitalna oprema istraživačke grupe dr. M. Ivande:

1. Ramanov spektrometar Jobin-Yvon T64000 s COHERENT INNOVA 400 argonskim laserom
2. LPCVD sistem,
3. PVD – Varian,
4. Evaporator e-beam –Varian,
5. Pretražni elektronski mikroskop JEOL T300,
6. Difuzijska peć s 3 reaktora,
7. Elipsometar Rudolph Auto EL IV,
8. Difraktometar X-zraka za tanke filmove Siemens D 5000  (nije priklazan na slici).

1.

Ostali mali instrumenti su: magnetronski rasprašivač – Polaron E 5000, kriostat sa zatvorenim krugom helija (10-300K), kriostat hlađen LN2 (70-650 K), visokotemperaturna peć za “in situ” mjerenja (300-1600 K), Linkam THMS 600 peć za hlađenje i grijanje uzoraka za mikro-ramanska mjerenja (85-600K), peć za sinteriranje i termičko aniliranje (300-1200 K), optički mikroskop Olympus BH, proba za mjerenja otpora u četiri točke, spajač aluminijskih i zlatnih žica, Zeissov interferometarski mikroskop za mjerenje debljine itd.

Kapitalna oprema grupe dr. M. Ristić:
1. Pretražni elektronski mikroskop s emisijom polja Jeol 7000F,
2. Mössbauerov spektrometar,
3. Difraktometar X-zraka ItalStructures APD2000,
4. FT-IR spektrometar PerkinElmer System 2000,
5. UV-VS-NIR spektrometar s integracijskom sferom.

2

Ostali mali instrumenti: Visokoenergetski kuglični mlin od Fritscha, ultrazvučni generator za sonokemiju, sušionik freeze-dryer od tvrtke HETO, itd.

Kapitalna oprema grupa dr. N. Radića:

1. Magnetronski rasprašivač CMS 18, (nabavljen 2006.)
Rasprašivački system KJLC CMS-18 za pripremu širokog spectra materijala (metala, poluvodiča, dielektrika, metastabilnih uzoraka itd.) u širokom intervalu sastava i struktura. Procesna komora osnovnog tlaka oko 10-8 mbar prilagođena je sa četiri TORUS®3 magnetrona, napajana sa četiri zasebna izvora snage – dva DC magnetrona (0,5 KW DC & 1,0 KW DC) + 2 RF magnetrona (2 x 600 W RF). Nosač supstrata prihvaća pločice dijametra do 6″. Svojstva: prilagodiva udaljenost mete do supstrata, rotacija (do 40 rpm), grijanje do 800°C ili hlađenje na temperaturu LN2 in situ, s DC ili RF naponom.

2. Difraktometar X-zraka za tanke filmove Siemens D 5000  (nije prikazan na slici).

3

Kapitalna oprema grupa dr. G. Baranovića:

1. Fourier transform infracrveni spektrometar (FTIR), ABB Bomem MB102.

4

Novi funkcionalni materijali

Uviđanje ključne uloge koju imaju istraživanja materijala za tehnološki napredak pokazalo se presudnim u ekonomskom razvoju modernih društava. Istraživanje materijala generiralo je brojne inovacije u područjima poput elektronike, informatičkih tehnologija, automobilskog i zračnog prijevoza, biomedicine, pohrane energije te u poslijednje vrijeme i nanotehnologija. Istraživačka jedinica CEMS-a Novi funkcionalni materijali (NFM) biti će posvećen sintezi, karakterizaciji, simulaciji i razvoju novih funkcionalnih materijala radi podrške i implementacije visokotehnoloških industrija u Hrvatskoj. Jedan od ciljeva Centra jest skupiti ekspertina znanja, povezati ljude i ostvariti interdisciplinarno istraživanje sa IRB laboratorijima u području znanosti o materijalima, grupe za razvoj senzora iz Končar – Institut za elektrotehniku d.d., Institut za fiziku i Zavod za fiziku i biofiziku Medicinskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu. Centar se temelji na već ostvarenim uspješnim istraživanjima materijala pri IRB i partnerskim institucijama, a okupit će vodeće istraživače te izuzetne mlade znanstvenike s novim idejama sinteze, karakterizacije i primjene novih metalnih oksida, poluvodiča, metala, keramika i elektronskih materijala u novim proizvodima. Priređeni materijali namijenjeni su poticanju kako temeljnih tako i primijenjenih istraživanja. Kombinacijom kemijskih i fizikalnih pristupa namjeravaju se ubrzati otkrića novih funkcionalnih materijala kroz inovacije sinteza, mjerenih metoda, modeliranja i primjena. NFM se odlikuje vrhunskom opremom za pripravu i karakterizaciju materijala i kvalitetnim znanstvenicima s čvrstim nastojanjima da se povežu s partnerima iz industrije. NFM će također sudjelovati u pružanju usluga dodatnog obrazovanja u cilju omogućavanja boljeg razvoja Zagreba i okolice, kao i suradnje s partnerskim Centrima izvrsnosti čitave Hrvatske. NFM će također surađivati i sa stručnjacima izvan akademske zajednice i ostvariti veze s vodećim industrijama u Hrvatskoj.