Informacje ogólne

Badania



Cele badawcze

Realizacja badań eksperymentalnych z uwzględnieniem interpretacji teoretycznej w dziedzinie układów o silnie skorelowanych elektronach, w szczególności sieci Kondo, układów z domieszkowym efektem Kondo, fluktuującą walencyjnością, szkieł spinowych. Charakteryzacja zdolności do zeszklenia stopów amorficznych oraz badanie procesów krystalizacji zachodzących w stopach metastabilnych strukturalnie. Poszukiwanie nowych materiałów magnetokalorycznych i termoelektrycznych o optymalnych dla zastosowań parametrach.

Profil badawczy

Otrzymywanie związków i stopów międzymetalicznych na bazie pierwiastków ziem rzadkich w formie krystalicznej, nanokrystalicznej i amorficznej. Charakterystyka strukturalna (dyfrakcja rentgenowska) oraz określanie w szerokim zakresie temperatur właściwości magnetycznych (magnetometria wibracyjna, podatność magnetyczna stało- i zmiennoprądowa), elektrycznych (opór elektryczny, magnetoopór, efekt Halla), cieplnych (ciepło właściwe, przewodnictwo cieplne, siła termoelektryczna).

Programy badawcze

  1. Grant PRELUDIUM -12 - Materiały magnetycznie twarde bez lantanowców otrzymywane z faz metastabilnych strukturalnie (03.07.2017-02.07.2020), kierownik mgr inż. Andrzej Krzysztof Musiał
  2. Projekt MNiSW - Amorficzne materiały magnetokaloryczne na bazie metali przejściowych z lantanowcami (2012-2013), kierownik - dr inż. Z. Śniadecki
  3. Projekt MNiSW - Wpływ zmian strukturalnych na własności magnetyczne i elektronowe faz Lavesa RCo2 (R=Y lub lantanowiec) (2011-2014), kierownik - prof. B. Idzikowski
  4. Projekt MNiSW - Efekt magnetokaloryczny w związkach międzymetalicznych (2011-2013), kierownik - dr hab. T. Toliński, prof. IFM PAN
  5. Projekt MNiSW - Własności magnetyczne i elektronowe związków międzymetalicznych z niestabilną powłoką 4f (2009-2011), kierownik - dr hab. A. Kowalczyk, prof. IFM PAN
  6. Projekt MNiSW - Zjawiska krytyczne w związkach z cerem zależne od wielkości ziaren w nanoskali (2008-2011), kierownik - prof. B. Idzikowski
  7. Projekt MNiSW - Badanie własności metastabilnych związków i stopów międzymetalicznych wspierane obliczeniami ab initio (2008-2009), kierownik - prof. B. Idzikowski
  8. Projekt MNiSW - Magnetyzm, własności termodynamiczne i transportowe związków z cerem o strukturze CaCu5 (2007-2009), kierownik - dr hab. T. Toliński, prof. IFM PAN
  9. Projekt promotorski MNiSW - Amorfizacja międzymetalicznych związków Dy(Mn,Fe)6(Ge,Al)6 i poznanie ich własności (2007-2009), kierownik - prof. B. Idzikowski (doktorant - mgr inż. Z. Śniadecki)
  10. Projekt promotorski MNiSW - Własności magnetyczne i elektronowe związków międzymetalicznych RNi4Si (R=lantanowiec) (2007-2009), kierownik - dr hab. A. Kowalczyk, prof. IFM PAN (doktorant - mgr inż. M. Falkowski)

Osiągnięcia naukowe

  • Zaobserwowana została skokowa zmiana gęstości badanych materiałów (przy zmianie stechiometrii, dla składów Hf1Cr1Co11B i Hf0.5Cr1.5Co11B), która jest skorelowana ze zmianą struktury, z amorficznej w krystaliczną. Pomiary zostały wykonane nowatorska metodą (z wykorzystaniem mikroskopu konfokalnego) pozwalającą na pomiary próbek o małych objętościach [Śniadecki et al. Materials Characterization 132, 46 (2017)]
  • Potwierdzono współistnienie dwóch faz Hf2Co11 na podstawie pomiarów XRD oraz termomagnetycznych w stopie Hf2Co11B [A. Musiał et al. J. Alloys Compd. 665, 93 (2016)]
  • W oparciu o pomiary podatności magnetycznej stało- oraz zmiennoprądowej wyznaczono magnetyczny diagram fazowy dla serii stopów Ce(Cu1-xNix)4Mn. Ma on złożony charakter, między innymi wskazuje na obecność obszarów współistnienia fazy ferromagnetycznej i szkła spinowego [K. Synoradzki, T. Toliński, Materials Chemistry and Physics, 177, 242-249 (2016)]
  • Zaobserwowano i opisano wpływ nieporządku chemicznego oraz topologicznego na właściwości magnetyczne związków bazujących na paramagnetyku Pauliego YCo2 [Z. Śniadecki et al., J. Appl. Phys. 115, 17E129 (2014), Z. Śniadecki et al., Appl. Phys. A 118, 1273 (2015), A. Wiśniewski et al., J. Alloys Compd. 618, 258 (2015)]
  • Korzystając z półempirycznych modeli określono zdolność do zeszklenia układów trójskładnikowych na bazie metalu przejściowego. Obliczono zakresy stechiometrii, dla których stopy ulegają łatwej amorfizacji [Z. Śniadecki, J. Alloys Compd. 615, S40 (2014)]
  • Określono właściwości magnetyczne oraz parametry charakteryzujące efekt magnetokaloryczny w dwupodsieciowych ferrimagnetykach na bazie kobaltu i pierwiastka ziem rzadkich [Z. Śniadecki et al., J. Alloys Compd. 584, 477 (2014)]
  • Wyjaśniono mechanizm amorfizacji grupy stopów amorficznych Y(Ce)-Cu-Al i opisano wpływ elektronów 4f na właściwości magnetyczne, transportowe oraz cieplne [B. Idzikowski et al., J. Non-Cryst. Solids 357, 3717 (2011), B. Idzikowski et al., J. Non-Cryst. Solids 383, 2 (2014)]
  • Dla dużej grupy związków na bazie ceru określono wpływ elektrycznego pola krystalicznego na ich właściwości fizyczne. Oparto się na pomiarach podatności magnetycznej, ciepła właściwego oraz nieelastycznego rozpraszania neutronów [T. Toliński et al., J. Magn. Magn. Mater. 345, 243 (2013)]
  • Wyznaczono po raz pierwszy: dla związku Mn5Ge3 adiabatyczną zmianę temperatury, wpływ rozmiaru ziaren na wydajność efektu magnetokalorycznego oraz dla wybranych związków z serii RNi4M (R - ziemia rzadka, M - metal, metaloid) parametry charakteryzujące efekt magnetokaloryczny [T. Toliński et al., Intermetallics 47, 1 (2014), T. Toliński et al., J. Alloys Compd. 523, 43 (2012)]
  • Komplementarne badania izostrukturalnej serii związków Ce(Cu1-xNix)4MnyAl1-y pozwoliły skonstruować magnetyczne diagramy fazowe dla czterech transformacji między różnymi stanami podstawowymi (stan ferromagnetyczny, szkła spinowego, fluktuującej walencyjności, ciężkofermionowy). [K. Synoradzki et al., J. Phys.: Condens. Matter 24, 136003 (2012)]
  • Pomiary podatności magnetycznej w szerokim zakresie temperatur (2 - 1000 K) dla związku YbNiAl4, wsparte modelem fluktuacji międzykonfiguracyjnych (ICF), wykazały występowanie fluktuacji między walencyjnością Yb3+ a Yb2+. Związek ten nie jest układem ciężkofermionowym, o czym świadczy mała wartość współczynnika elektronowego ciepła właściwego [A. Kowalczyk et al., J. Appl. Phys. 107, 123917 (2010)]
  • Wyznaczono i wyjaśniono przebiegi siły termoelektrycznej w sieciach Kondo CeCu4M oraz w związkach wykazujących fluktuującą walencyjność CeNi4M (M = In, Ga) [T. Toliński et al., J. Alloys Compd. 490, 15 (2010)]
  • Poza dostępnymi w Zakładzie technikami, w prowadzonych badaniach stosowano wiele komplementarnych metod eksperymentalnych dostępnych w ramach współpracy międzynarodowej (dyfrakcja neutronów, nieelastyczne rozpraszanie neutronów, pomiary z wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego)

Wyposażenie

  • Spektrometr Ramana NIR - FT (IFS 66 FRA 106, Bruker)
  • Mikroskop ramanowski z kriostatem helowym – zakup sfinansowany przez Fundacje Nauki Polskiej w 1996 r.
  • Aparatura do spektroskopii dielektrycznej w zakresie częstości 10 - 109 Hz oraz temperatury 10 - 500 K.
  • Aparatura do badań przewodnictwa elektrycznego w zakresie częstości do 109 Hz.
  • Aparatura do badan optycznych w zakresie temperatur 70 - 870 K (Linkam).
  • Skaningowy kalorymetr różnicowy - Netzsch DSC 200
    Aparatura do spektroskopii dielektrycznej w zakresie częstości 10 - 109 Hz oraz temperatury 10 - 500 K
    Fot.1 Aparatura do spektroskopii dielektrycznej w zakresie częstości 10 - 109 Hz oraz temperatury 10 - 500 K.
  • Młyn kulowy (Pulverisette 6, Fritsch)
    Młyn kulowy
    Fot.2 Młyn kulowy
    Naczynie z kulami
    Fot.3 Naczynie z kulami

Współpraca

Współpraca naukowa

Badania

Cele badawcze

Ogólnym celem realizowanych prac jest wytworzenie i określenie właściwości nowych ferroików, multiferroików oraz poznanie mechanizmów transportu ładunku w przewodnikach szybkich jonów i polimerach.

W rodzinie ferroików w tym M-heksaferrytów Sr(Ba)Fe12O19 oraz multiferroików BiFeO3, celem szczegółowym jest synteza (za pomocą metody hydrotermalnej lub mechanosyntezy), a następnie określenie wpływu domieszek jonów Nd3+, Al3+, Sc3+ oraz morfologii na ich właściwości magnetoelektryczne i oddziaływania z polami elektromagnetycznymi. Prowadzone są również badania mające na celu poznanie uporządkowań magnetycznych w zbiorach nanocząsteczek np. magnetytu Fe3O4 w otoczce krzemionkowej oraz pomiary właściwości elektrycznych domieszkowanych układów z rodziny LiMn2O4.

W grupie przewodników szybkich jonów celem jest poznanie mechanizmów przewodnictwa elektrycznego, przemian strukturalnych oraz właściwości ferroelektrycznych związków organicznych, takich jak np. nowe ferroelektryki [C(NH2)3]4X2SO4 (X=Cl, Br), kryształy [C(NH2)3]4Cl2SO4 i (NH4)4H2(SeO4)2. Podobne badania wykonywane są także dla związków o hiperpolaryzowalnych kationach organicznych jak np. wodorosiarczan disobutylo-amoniowy [(CH3)2CHCH2]NHSO4.

Rys. 1 Wpływ efektu rozmiarowego na właściwości magnetyczne żelazianu bizmutu BiFeO3
Rys. 1 Wpływ efektu rozmiarowego na właściwości magnetyczne żelazianu bizmutu BiFeO3

Profil badawczy

Badanie własności elektrycznych i magnetycznych materiałów oraz nanomateriałów ferroicznych, M-heksaferrytów, multiferroików, ferroelektryków oraz przewodników jonowych i superprotonowych metodami wysokoczęstościowej dielektrometrii oraz magnetometrii (magnetometr z wibrującą próbką VSM, podatnościomierz AC), charakteryzowanie: morfologii, składu i struktury tych materiałów za pomocą mikroskopii elektronowej (SEM, TEM, SAED, EDS), dyfrakcji rentgenowskiej, oraz wytwarzanie materiałów i nanomateriałów metodą mechanosyntezy i mikrofalowo aktywowanej syntezy hydrotermalnej.

Rys. 2. Różne formy nano- i mikrokryształów żelazianu bizmutu BiFeO3 (synteza dr K. Chybczyńska). Rys. 3. Różne formy nano- i mikrokryształów żelazianu bizmutu BiFeO3 (synteza dr K. Chybczyńska). Rys. 4. Różne formy nano- i mikrokryształów żelazianu bizmutu BiFeO3 (synteza dr K. Chybczyńska). Rys. 5. Różne formy nano- i mikrokryształów żelazianu bizmutu BiFeO3 (synteza dr K. Chybczyńska).

Rys. 2-5. Różne formy nano- i mikrokryształów żelazianu bizmutu BiFeO3 (synteza dr K. Chybczyńska).

Programy badawcze

  • Projekt NCN (Miniatura 1) - Wpływ mikro- i nanostruktury na własności dielektryczne i magnetyczne kompozytów celuloza - spinel kobaltowy (2017-2018), kierownik - dr hab. E. Markiewicz
  • Projekt 02.03.02-22-0006/15 - Opracowanie kompozytowego materiału ekranującego pole elektromagnetyczne w wysokich i niskich częstotliwościach -beneficjent: ADR Technology Stanisław Wosiński, kierownik ze strony wykonawcy – dr hab. B. Andrzejewski, prof. IFM PAN
  • Projekt NCN (Sonata 8) - Uniwersalne cechy przewodnictwa elektrycznego przewodników protonowych (2015-2018), kierownik - dr inż. P. Ławniczak
  • Projekt MNiSW - Jedno i wielofazowe ferroiki i multiferroiki (2010-2014), kierownicy - prof. B. Hilczer, dr hab. M. Połomska, prof. IFM PAN
  • Projekt SIMUFER COST Action - Single- and multiphase ferroics and multiferroics with restricted geometries (2010-2014), kierownik - MC Substitute Member: dr hab. M. Połomska, prof. IFM PAN
  • Projekt MNiSW - Wpływ ciśnienia na nieliniowy charakter przewodnictwa protonowego - eksperyment i modelowanie (2010-2014), kierownik - dr hab. M. Zdanowska-Frączek, prof. IFM PAN
  • Projekt MNiSW - Otrzymywanie i własności nanocząstek wybranych materiałów funkcjonalnych (2011-2013), kierownik - dr hab. B. Andrzejewski, prof. IFM PAN
  • Projekt promotorski MNiSW - Przewodnictwo elektryczne i struktura nowych krystalicznych elektrolitów stałych z molekułami benzimidazolu (2010-2011), kierownik - prof. Cz. Pawlaczyk (doktorant - mgr inż. P. Ławniczak)
  • Projekt MNiSW - Dynamika molekularna elektroaktywnych polimerów uwięzionych w nanoporach, (2008-2011), kierownik - prof. B. Hilczer
  • Projekt MNiSW - Nowe elektrolity stałe z molekułami heterocyklicznymi (2007-2010), kierownik - prof. Cz. Pawlaczyk
  • Projekt MNiSW - (ELENA COST Action) - Electroceramics from nanopowders produced by innovative methods (2006-2009), kierownik - MC Member: prof. B. Hilczer
  • Projekt MNiSW - (POL-POSTDOC) - Otrzymywanie nanostruktur ferroelektrycznych (2005-2009), kierownik - dr I. Szafraniak, opiekun naukowy - prof. B. Hilczer

Osiągnięcia naukowe

  • Potwierdzenie własności ferroelektrycznych w grupie tlenków BaTiO3 oraz (Ba,Sr)MnO3 uzyskanych poprzez tradycyjne spiekanie [R. Bujakiewicz-Korońska et al. J. Eur. Ceram. Soc. 37, 1477, (2017)].
  • Wykazanie, iż struktura szczawianu 1H-pirazolu składa się z dwuwymiarowych warstw zbudowanych z jednowymiarowych łańcuchów zawierających kwasy pirazoliowe i szczawianowe połączone wiązaniami N-H∙∙∙O i O-H∙∙∙O. Teoretyczne wyjaśnienie mechanizmów transportu elektrycznego oraz wyznaczenie ścieżek przewodnictwa. [M. Widelicka et al. Phys. Chem. Chem Phys. 19, 25653, (2017)]
  • Synteza nanokompozytów SrFe12O19-CoFe2O4 i potwierdzenie oddziaływania sprężynkowego (sping exchange) pomiędzy fazą magnetycznie miękką heksaferrytu SrFe12O19 i fazą magnetycznie twardą spinela CoFe2O4. [A. Hilczer et al. Mater. Sci. Eng., B, 207, 47, (2016)]
  • Wyjaśnienie mechanizmów relakasacji dielektrycznej oraz przewodnictwa elektrycznego w multiferroiku BiFeO3 otrzymanym metodą hydrotermalną wspomagana mikrofalowo [K. Chybczyńska et al. J. Alloys Compd. 671, 493 (2016)].
  • Wykazanie, iż we własnościach magnetycznych wodorowanego antracytu dominuje magnetyzm Pauliego związany z elektronami przewodnictwa. Paramagnetyzm typu Curie pochodzi natomiast od elektronów zlokalizowanych na ziarnach antracytu. [K. Tadyszak et al. Carbon 94, 53, (2015)].
  • Wyjaśnienie mechanizmu przewodnictwa elektrycznego ceramik (1-x)Ba0.95Pb0.05TiO3+xCo2O3, które w wysokich temperaturach zdominowane jest przez migrację tlenu pomiędzy wakansami powstającymi wskutek podstawienia jonów Co3+. Dla tych materiałów potwierdzono również istnienie słabego sprzężenia elektromagnetycznego [R. Bujakiewicz-Korońska et al. Ceram. Int. 41, 3983, (2015)].
  • Opracowanie metody mikrofalowo aktywowanej syntezy hydrotermalnej pozwalającej otrzymywać nano- i mikrokryształy ferroików (magnetytu Fe3O4, hematytu Fe2O3 M-heksaferrytów Sr(Ba)Fe12O19) oraz multiferroików (BiFeO3) o dokładnie kontrolowanej stechiometrii i morfologii (płatki, sześciany, sfery, nanokwiaty itd.) [K. Chybczyńska et al., J. Mater. Sci. 49, 2596 (2014)]
  • Identyfikacja źródła pochodzenia fazy nieuporządkowanej w krystalicznych układach protonowo przewodzących otrzymanych na bazie organicznych kwasów dwukarboksylowych oraz molekuł heterocyklicznych. Potwierdzenie, że rzeczywistym źródłem fazy nieuporządkowanej są granice ziaren, a molekuły heterocykliczne w silnie zdefektowanej sieci krystalicznej wykazują znacznie większą lokalną dynamikę molekularną niż w uporządkowanych obszarach wewnątrz ziarnowych [K. Pogorzelec-Glaser et al., CrystEngComm 15, 1950 (2013)]
  • Wyznaczenie uporządkowania i dynamiki molekularnej ferroelektrycznych polimerów PVDF oraz P(VDF/TrFE)(50/50) w nanokanałach porowatej matrycy trójtlenku glinu [B. Hilczer et al., App. Phys. Lett. 100, 052904 (2012)]
  • Zgłoszenia patentowe P.407222 Sposób wytwarzania kompozytów multi-włóknistych oraz P.407227 Sposób wytwarzania drutów ze splotów kompozytowych dokonane wspólnie z Instytutem Metali Nieżelaznych w Gliwicach.
 
 

Współpraca

  • Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences, Praga, Republika Czeska
  • Institute of Solid State Physics, Solid States Electrolytes Department, Institute of Electrochemistry and Energy Systems, Bulgarian Academy of Sciences, Sofia, Bułgaria
  • Northern Illinois University, DeKalb, Stany Zjednoczone
  • University of Latvia, Ryga, Łotwa
  • Centrum NanoBioMedyczne UAM, Poznań
  • Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice
  • Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych we Wrocławiu
  • Instytut Ochrony Roślin - Państwowy Instytut Badawczy
  • Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa
  • Opolski Uniwersytet Technologiczny w Opolu
  • Politechnika Poznańska, Poznań
  • Politechnika Rzeszowska, Rzeszów
  • Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
  • Uniwersytet Medyczny, Poznań
  • Uniwersytet Pedagogiczny im. Komisji Edukacji Narodowej w Krakowie

Podkategorie