Projekti / Programi
Elektronska mikroskopija materialov
01. januar 1999
- 31. december 2003
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P250 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: struktura, termične in mehanske lastnosti, kristalografija, fazno ravnovesje |
| T153 |
Tehnološke vede |
Keramični materiali in praški |
| P352 |
Naravoslovno-matematične vede |
Površinska kemija in kemija tankih plasti |
| P420 |
Naravoslovno-matematične vede |
Petrologija, mineralogija, geokemija |
transmisijska elektronska mikroskopija, vrstična elektronska mikroskopija, spektroskopske metode, fazna ravnotežja, polimorfizem, politipizem, strukturne napake, intra in intergra- nularne meje, anizotropna rast zrn, anorganski materiali, keramični materiali, kompoziti
Raziskovalci (9)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.742 |
Povzetek
Fizikalne lastnosti polikristalnih materialov so v precejšnji meri odvisne od njihove kemijske sestave in mikrostrukturnih značilnosti, ki jih določajo inter in intragranularni fenomeni. Zaradi tega so bile v zadnjih desetletjih razvite številne metode za karakteriazacijo in analizo mikrostrukturnih značilnosti materialov. Med mikrostrukturnimi elementi imajo pogosto odločilen vpliv na končne fizikalne lastnosti materiala meje med zrni in strukturni defekti v kristalih. Med slednjimi so tako z mikrostrukturnega kot kemijskega vidika posebno pomembne tako imenovane ploskovne napake, ki so pogosto lahko vzrok za pretirano in anizotropno rast zrn v polikristalnih materialih. Da bi lahko s precejšnjo mero zanesljivosti določili mehanizem tvorbe določene ploskovne napake v nekem sistemu, ne zadošča zgolj poznavanje pogojev priprave materiala, pod katerimi se takšni defekti pojavljajo, ampak moramo poznati njihovo dejansko strukturo ter kemijsko sestavo na atomarnem nivoju. Na ta način je mogoče opredeliti ali je opazovana napaka posledica deformacije kristala, fazne transformacije ali pa je nemara nastala hkrati z rastjo zrna. S tem, ko nam je znan mehanizem nastanka napake, lahko procesiranje materiala ustrezno prilagodimo zahtevam končnega proizvoda. Raziskovalni program predvideva preiskave mikrostrukturnih značilnosti in fenomenov v materialih z metodami elektronske mikroskopije. Za določitev globalnih mikrostrukturnih značilnosti in lokalne kemijske sestave materialov je najprimernejša vrstična elektronska mikroskopija (SEM) v povezavi z analiznimi metodami, kot sta energijsko-disperzijska spektroskopija (EDS) in valovno-disperzijska spektroskopija (WDS) rentgenskih žarkov. Pri raziskavah nanostrukturnih lastnosti materialov, kot so intergranularne meje in ploskovne napake v kristalih, so nepogrešljive metode transmisijske elektronske mikroskopije (TEM), ki omogočajo vpogled v lokalno strukturo trdne snovi na atomarnem nivoju na osnovi faznega kontrasta (HRTEM) ali Z-kontrasta (HAADF) ter določitev kemijske sestave na sub-nm nivoju z metodami kot so energijsko-disperzijska spektroskopija (EDS), spektroskopija izgube energije elektronov (EELS) in analiza strukture karakterističnih energetskih robov (ELNES). Cilj raziskav je ugotavljanje povezav in postavljanje splošnih zakonitosti in korelacij med lastnostmi materiala in opaženimi fenomeni v materialih, kot so pretirana in anizotropna rast zrn, segregacija dopantov, visokotemperaturne reakcije, polimorfizem in politipizem, nestehiometrija in neravnotežna stanja, trdna topnost in nukleacija intragranularnih mej, ipd. Poleg neposredne aplikativne vrednosti raziskav na konkretnih tehnološko pomembnih sistemih lahko pričakujemo močno sinergijo v povezavi z obstoječim nacionalnim Centrom za mikrostrukturo in površinsko analizo materialov, implementacijo in razvoj novih metod iz področja elektronske mikroskopije ter udeležbo pri izobraževanju novih kadrov.
Pomen za razvoj znanosti
Pri preiskavah materialov z metodami elektronske mikroskopije bomo ugotavljali in določevali povezave in splošne zakonitosti med strukturo in kemijsko sestavo materialov in pojavi kot so anizotropna rast kristalov, polimorfizem, politipizem, trdna topnost, fazna ravnotežja, itd. Pričakovani rezultati so pomembni za boljše poznavanje narave mikrostrukturnih fenomenov in predpogoj za razvoj novih materialov z določenimi lastnostmi. Pri teh raziskavah je neizogibno povezovanje z vodilnimi laboratoriji po svetu, kjer gre poleg raziskav materialov tudi za razvoj in uvajanje novih tehnik in metod. V preteklem obdobju smo tako sodelovali pri razvoju metode, ki omogoča rutinsko določevanje polarne osi v necentrosimetričnih kristalih z uporabo elektronskega uklona na tankih kristalih, pri optimizaciji metode za kvantifikacijo EEL spektrov in pri optimizaciji metode za kvantitativno WDS analizo površinske porazdelitve elementov. Naštete metode so bile razvite na modelnih sistemih, ki jih preučujemo v okviru tekočih projektov skupine za elektronsko mikroskopijo. Tako pri preiskavah materialov, kot pri razvoju in uvajanju novih metod elektronske mikroskopije, skupina že sedaj uspešno sodeluje na številnih mednarodnih projektih z vrhunskimi laboratoriji, kot so: National Institute for Standards and Technology, Gaithersburg, Max-Planck Institut für Metallforschung, Stuttgart, Institut für Anorganische Chemie der Universität Bonn, Bonn in Technion - Institute for Technology, Haifa.
Pomen za razvoj Slovenije
Metode elektronske mikroskopije so nepogrešljive pri kemijski, mikrostrukturni in strukturni karakterizaciji materialov. Za razvoj materialov v Sloveniji je zato pomemben obstoj programske skupine, specializirane za karakterizacijo materialov z metodami elektronske mikroskopije, ki sodeluje z interdisciplinarno zastavljenim programom z drugimi raziskovalnimi skupinami pri študiju specifičnih mikrostrukturnih fenomenov v materialih. Obenem lahko raziskovalna skupina preko nacionalnega Centra za mikrostrukturno in površinsko analizo zagotavljala dostopnost vrhunskih metod elektronske mikroskopije vsem potencialnim uporabnikom. Sodelavci programske skupine sodelujejo pri izobraževanju mladih raziskovalcev, kot tudi strokovnjakov in specializantov iz industrije na področju elektronske mikroskopije. Poleg izobraževanja skrbi programska skupina za uvajanje in razvoj novih metod elektronske mikroskopije v našem prostoru in zagotavlja primerljivost s stanjem na tem področju v svetu. Metode elektronske mikroskopije imajo zelo pomembno vlogo pri razvoju tehnološko pomembnih materialov, saj so rezultati mikroskopskih analiz pogosto ključni za njihov razvoj. Varistorska keramika na osnovi ZnO je eden od materialov, pri katerem so električne lastnosti tesno povezane z mikrostrukturnimi značilnostmi. Spoznanja, pridobljena v okviru osnovnih raziskav keramike na osnovi ZnO, so podlaga za uspešno sodelovanje z Iskro Varistor in so pripeljala do vpeljave vrste nizko, srednje in visokonapetostnih varistorjev v proizvodnjo. Pri reševanju tekoče problematike sodeluje programska skupina z ostalimi raziskovalnimi skupinami v okviru Instituta "Jožef Stefan", Kemijskega inštituta, Inštituta za tehnologijo površin in optoelektroniko, Naravoslovno tehniške fakultete, Fakultete za farmacijo, Kliničnega centra, Narodnega muzeja ter industrijskimi partnerji kot so LEK, KRKA, Steklarna Rogaška Slatina in DARS.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
