Projekti / Programi
Fizika mehkih snovi, površin in nanostruktur
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P002 |
Naravoslovno-matematične vede |
Fizika |
fizika kondenzirane materije, tekoči kristali, površine, polimeri, koloidi, elastomeri, molekularni motorji, nanostrukture, STM, AFM, molekularna dinamika, fazni prehodi, samourejanje, ureditveni parameter, NMR, relaksometrija, simulacije Monte Carlo, prikazovalniki, nanocevke, aktuatorji
Raziskovalci (30)
Organizacije (2)
Povzetek
Program predstavlja usmeritev v raziskave novih, kompleksnih sistemov mehke snovi in površin s posebnimi funkcionalnimi lastnostmi. Med njimi so tekoče-kristalni (TK) elastomeri kot multifunkcionalni materiali, molekularni motorji, fotonski kristali iz mehke snovi in umetno sintetizirane ali spontano samoorganizirane mikro- in nano-strukture. Cilj programa je z modeliranjem in eksperimenti spoznati strukturo teh sistemov, njihove interakcije, delovanje na molekularnem nivoju in procese samoorganiziranja ter preučiti možnosti uporabe. Temeljno izhodišče raziskav je, da je mogoče kompleksne funkcionalne in samoorga-nizacijske procese spoznavati in razumeti z raziskavami meddelčnih interakcij v preprostih fizikalnih sistemih, ki so realni ali modelni. Program je razdeljen na naslednje naloge:
2D IN 3D PERIODIČNE STRUKTURE (FOTONSKI KRISTALI). Raziskali bomo zmrzovanje in taljenje koloidnih delcev, vključenih v 2D tekočino, pod vplivom periodičnih zunanjih potencialov. V okviru 3D fotonskih kristalov se bomo posvetili koloidnim strukturam v tekočekristalni matriki in kompozitom tekoči kristal - polimer , ki nastanejo s holografsko modulirano fazno separacijo.
SAMOORGANIZACIJA KOLOIDNIH DELCEV NA STRUKTURIRANIH POVRŠINAH v prisotnosti tekočinskega medija. Zanima nas obnašanje površinskih in strukturnih interakcij pri prehodu iz mikro- v nano-področje, še posebej v termotrop-nih tekočih kristalih in med površinami v vodni raztopini. Z AFM bomo raziskovali in načrtno funkcionalizirali površine, ki interagirajo bodisi privlačno ali odbojno. Domnevamo, da bomo na ta način dosegli preferenčno adsorbcijo delcev.
STRUKTURNE IN FLUKTUACIJSKE SILE bomo študirali v izbranih tekočih kristalih in modelnih binarnih sistemih z modificiranimi površinami. Na osnovi novih eksperimentalnih tehnik piezorezistivnih tipal in mikroskopa na totalni odboj bomo raziskovali naravo teh sil v okolici faznih prehodov.
TK ELASTOMERI, sestavljeni iz mezogenih enot, vpetih v polimerne verige, ki so med seboj šibko prečno povezane. Raziskali bomo vpliv urejenosti mezogenih enot na termo-elastični efekt, ki omogoča uporabo TK elastomerov za aktuatorje ali umetne mišice. Zanimala nas bo tudi možnost njihove uporabe v "adaptivni optiki".
DEFEKTNE STRUKTURE, STEKLASTE IN NOVE LIOTROPNE FAZE. Raziskali bomo vpliv hidrodinamičnih tokov na dinamiko defektov v TK, njihovo kreacijo in anihilacijo ter fluktuacije disklinacijskih linij. Preučevali bomo vpliv šibkega nereda na fazno obnašanje in dinamiko s poudarkom na steklastem obnašanju.
VISOKO KONTRASTNI ŠIROKOKOTNI MODULATORJI SVETLOBE (APLIKACIJE TK). Razvili bomo modeliranje močno zasukanih struktur v TK modulatorjih svetlobe in raziskali vpliv ionske kontaminacije, torej pojave povezane s prevajanjem ionov, njihovo adsorbcijo v mejnih plasteh TK prikazovalnikov in s tem povezane neželjene spominske efekte v "AM LCD" zaslonih.
MOLEKULARNI MOTORJI. Raziskali bomo mehanizme oscilatornega delovanja sklopljenih molekularnih motorjev na osnovi njihove kemijske kinetike. Razvili bomo modele za opis motorjev v slušnih receptorjih, za pojav sinhronizacije med posameznimi oscilatorji ter za spontani nastanek vzorcev in valov v sistemih, kjer v raztopini pride do interakcije motorjev in biopolimerov.
SINTEZA ANORGANSKIH NANOCEVK iz družine sulfidov in selenidov prehodnih kovin ter optimizacija njihove rasti. Raziskovali bomo načine funkcionalizacije površin nanocevk, ki privedejo do adsorbcije nanodelcev, proteinov in DNA, kakor tudi polnjenje notranjosti cevk s feroelektričnimi in feromagnetnimi snovmi.
SINTEZA UREJENIH POVRŠINSKIH NANOSTRUKTUR s postopkom "kemije posamezne molekule" v nanoreaktorju, zasnovanem na nizkotemperaturnem STM. Zanimala nas bo termična in strukturna stabilnost ter elektronske transportne lastnosti nanostruktur, sintetiziranih s sestavljanjem atomov in molekul. Študirali bomo samoorganizacijo in manipulacijo ferocena in različnih ftalocianinov, saj so zanimivi za opt...
Pomen za razvoj znanosti
Osnovna naloga programske skupine je bila pridobiti nova fizikalna spoznanja o mehkih snoveh, površinah in nanostrukturah in jih povezati v skupnih prizadevanjih pri razvoju novih tehnologij in novih materialov. Raziskave se po svoji vsebini, usmeritvi in aktualnosti povsem enakovredno vključujejo v evropska in svetovna prizadevanja po novih spoznanjih v koloidni znanosti, nanotehnologiji, instrumentni tehnologiji in njihovi aplikaciji. Da mednarodna skupnost res priznava naše dosežke poleg odmevnosti objav kažeta tudi dva dogodka: Podelitev Samsung Mid-Career Award 2008 Igorju Muševiču in izvolitev Slobodana Žumra za predsednika internacionalnega združenja za tekoče kristale za obdobje 2008-12. Posebej pomemben element za uspešnost programske skupine je njen uravnotežen sestav, ki pokriva eksperimentalne raziskave, teorijo z računalniškimi simulacijami in tudi razvoj aplikacij. Ravno ta sinergija je naša izrazita prednost tudi v mednarodni konkurenci. Kolikor nam je znano, ni drugega laboratorija, kjer bi znali graditi primerljive koloidne superstrukture. Poleg tega je v svetu le nekaj laboratorijev, ki so sposobni manipulacije s posameznimi atomi pri nizkih temperaturah ali sinteze primerljivih anorganskih nanocevk in delcev. Raziskovalni in tehnološki dosežki podrobneje predstavljeni v Poglavjih 2 in 5 dajejo odlično izhodišče za naslednje programsko obdobje. Posebej pričakujemo razvoj nematskih koloidov za optične materiale, materialov za pretvorbe in shranjevanja energije, kot tudi za shranjevanje informacij, kvantno računalništvo ter za identifikacijo in kemijo posameznih molekul.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskave izvedene v okviru programa imajo za trajnostni razvoj Slovenije večkratni pomen: Posredni vpliv: Dosežki skupine, so na celi vrsti področij v svetovnem vrhu in tako pomembno utrjujejo nacionalno identiteto in prepoznavnost Slovenije. Po drugi strani skupina predstavlja tudi jedro, preko katerega prehajajo izsledki tujih raziskav in spoznanj v Slovenijo. Samo znanstveniki, ki aktivno sodelujejo v mednarodnih povezavah, lahko ažurno spremljajo nova odkritja v svetu, jih kritično ovrednotijo in prenesejo v slovenski prostor. Poudariti velja, da si v okviru programske skupine prizadevamo tudi za predstavitev znanosti širši javnosti v Sloveniji. Naše raziskave so bile ključne za uspešno organizacijo in izvedbo več dodiplomskih in podiplomskih izobraževalnih programov. Večina članov programske skupine vzporedno z raziskovalnim delom predava ali vodi vaje na Univerzah v Ljubljani in Mariboru in na ta način najnovejše raziskovalne dosežke v svetu, ki jih spoznava in pri katerih sodeluje s svojim raziskovalnim delom, neposredno vključuje v različne faze učnega procesa. Skupina je omogočila tudi uspešno realizacijo vrste doktorskih del in s tem tudi zaposlitve visoko izobraženih kadrov. Pri tem je pomembno, da se mladi raziskovalci formirajo v skupini, ki je s svojim dosedanjim delom dosegla afirmacijo v evropskem prostoru in v svetu. Neposreden vpliv na gospodarstvo: Program raziskav TK posega v področje optičnih aplikacij, kjer se je nova, mala in srednja visokotehnološka slovenska industrija v svetu nesorazmerno močno uveljavila (Fotona, Balder, Optotech….) predvsem zaradi solidnega domačega znanja na področju fizike in posebej optike. Tako se je »spin-off« podjetje IJS, Balder, ki po licenci IJS izdeluje avtomatske TK optične zaščitne filtre (varilska tehnika, medicina) v letu 2007 izredno uspešno afirmiralo na ameriškem tržišču (~10% trga), v Evropi pa je uspelo pridobiti vodilnega proizvajalca varilske tehnike, ESAB, da je Balderjeve izdelke vključil v svoj prodajni program osebne zaščitne opreme. Sodelovanje članov programske skupine v delovni skupini za pripravo ISO standarda za zaščito oči kot tudi sodelovanje v večjih mednarodnih projektih (NATO, EU) na področjih optičnih preklopnikov za zaščito oči, aplikaciji TK elastomerov in pripravi nano delcev vodi v aktivno vključevanje v svetovni razvoj na le teh področjih. Poleg lastnih dosežkov tudi navezave strokovnih stikov z najboljšimi posamezniki in raziskovalnimi in razvojnimi institucijami na svetu omogočajo hiter pretok informacij in znanja. To omogoča novi visokotehnološki industriji, ki na tem področju nastaja v Sloveniji, da ohranja konkurenčnost na svetovnem tržišču. Povzemamo tri vrste dogodkov, ki jih spodnji pregled ne zajema, so pa opisani v vlogi za program 2009-15. • Organizacija 4 mednarodnih konferenc: od velike internacionalne konference v Ljubljani do specializirane konference v tujini. • Člani programske skupine so imeli 35 vabljenih in plenarnih predavanji na mednarodnih konferencah. • Ustanovitev »spin-off« IJS podjetja “Nanotul d.o.o”, ki se ukvarja s sintezo in proizvodnjo novih vrst hibridnih materialov za maziva, ojačitvena vlakna, kompozite, anorganske materiale za sončne celice, katalizatorje itd.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
