Projekti / Programi
Kompleksne kovinske zlitine - novi materiali prihodnosti
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.01 |
Naravoslovje |
Fizika |
Fizika kondenzirane materije |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P260 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: elektronska struktura, električne, magnetne in optične lstnosti, supraprevodniki, magnetna rezonanca, relaksacija, spektroskopija |
novi materiali, kovinske zlitine, električna upornost, jedrska magnetna resonanca, računalniške simulacije, sipanje rentgenskih žarkov
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
21545 |
dr. Peter Jeglič |
Fizika |
Vodja |
2007 - 2008 |
219 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.742 |
Povzetek
Predmet in cilji raziskovanja
Kompleksne kovinske zlitine so materiali prihodnosti. Odlikovale naj bi jih lastnosti, ki presegajo kovinske zlitine, ki se dandanes uporabljajo v industriji. Raziskovanje njihove fizikalne narave nam omogoča podati smernice za iskanje novih materialov z željenimi lasnostmi. Cilj predlaganega projekta je torej razumeti zakaj so lahko nekatere kompleksne kovinske zlitine tako zelo mehansko odporne, vlečne, trde, niso krhke, so lahko električno prevodne in obenem dobri toplotni izolatorji ter so npr. odporne proti koroziji. Izgleda, da se odgovor skriva v njihovi strukturi, kjer se prepletata periodičnost na skali dolgega dosega in kvaziperiodičnost na skali kratkega dosega. Ravno na tem mestu pa lahko veliko prispevamo z metodo jedrske magnetne resonance, ki nudi vpogled v njihovo strukturo, kemijski in strukturni nered, difuzijo ter magnetizem. V kombinaciji z meritvami transportnih pojavov in drugimi magnetnimi meritvami lahko tako odločilno prispevamo pri iskanju potencialno uporabnih kovinskih zlitin.
Faze raziskovalnega projekta
V prvi fazi projekta bomo raziskali vzorec '-AlPdMn z 258 atomi v osnovni celici. Predhodne študije so pokazale, da to kompleksno kovinsko zlitino odlikuje temperaturna neodvisnost električne upornosti. V drugi fazi bomo dobljene rezultate primerjali z binarnim vzorcem -Al3Mg2 s kar 1168 atomi v osnovni celici. Pri tem velja poudariti, da so kristalografske meritve pokazale, da gre v obeh primerih za monokristalna vzorca visoke kvalitete. Pričakujemo, da bomo lahko na podlagi meritev z jedrsko magnetno resonanco, SQUID magnetometrom ter meritvami električne in toplotne prevodnosti prišli do pomembnih zaključkov, ki bodo podali smernice za nove kandidate kompleksnih kovinski zlitin z uporabnimi lastnostmi. Sodelovanje z EU mrežo odličnosti »Complex Metallic Alloys« nam omogoča, da se bomo v tretji fazi v celoti posvetili novosintetiziranim materialom. Ker lahko z jedrsko magnetno resonanco opravimo vrsto različnih meritev, bomo le-te prilagodili takratnim trendom pri iskanju in razumevanju potencialno uporabnih lastnosti. V četri fazi bomo ponudili pridobljeno znanje vsem interesentom iz industrije.
Pomen za razvoj znanosti
Kompleksne kovinske zlitine so v znanosti materialov zavzele pomembno mesto. Pri tem je podoktorski projekt odigral vidno vlogo. Iz strukturnega vidika kompleksne kovinske zlitine utelešajo elemente periodičnosti kot tudi kvaziperiodičnosti. To se jasno odraža v njihovih mehanskih, transportnih, magnetnih in optičnih lastnostih, kjer kažejo kombinacijo lastnosti, ki so običajno nezdružljive v klasičnih kovinskih zlitinah.
V okviru podoktorskega projekta smo bistveno prispevali k razumevanju kompleksnih kovinskih zlitin. Ugotovili smo, da lahko z metodo jedrske magnetne resonance pridobimo pomembne informacije o strukturnem neredu kompleksnih kovinskih zlitin, ki so komplementarne podatkom, ki jih da sipanje rentgenskih žarkov. Sipanje rentgenskih žarkov določi »le« povprečno osnovno celico. V nasprotju s tem pa jedrska resonanca izlušči porazdelitev lokalnih okolic, ki se odrazi v porazdelitvi resonančnih frekvenc. Poleg tega smo razvili teoretični model za opis električnih, toplotnih in magnetnih transportnih lastnosti kompleksnih kovinskih zlitin, ki temelji na Boltzmannovi semiklasični teoriji. Pokazali smo, da anizotropija v transportnih pojavih kompleksnih kovinskih zlitin izvira iz anizotropije elektronske Fermijeve površine.
Nadalje smo z jedrsko magnetno resonanco dokazali obstoj linearnih »molekul« Co-Al-Co, ki so ujete v kletke preostalih atomov Co4Al13. To uvršča omenjeno kompleksno kovinsko zlitino med klatratne strukture, kjer so gostujoči ioni ujeti v mrežo, ki jo tvorijo ioni gostitelja. Za tovrstne strukture pa je značilno, da so dobri električni prevodniki, medtem ko so zaradi nihanja gostujočega iona zelo slabi toplotni prevodniki. Ker smo podobno strukturno značilnost našli tudi v sorodnih kompleksnih kovinskih zlitinah, kot so Fe4Al13, (Fe,Ni)4Al13 in Ru4Al13, utemeljeno sumimo, da je ravno ta strukturna značilnost ključna za opažene »neklasične« transportne lastnosti tudi pri drugih kompleksnih kovinskih zlitinah. Zgornje delo je vzpodbudilo raziskovanje klatratnih struktur. Tako smo s pomočjo metod jedrske magnetne resonance uspeli potrditi vključitev bora v novosintetiziran klatrat Ba8Al14Si31. Omenjeno delo predstavlja pomemben napredek v smeri iskanja učinkovitih termoelektrikov za pretvorbo toplotne energije v električno energijo.
Pomen za razvoj Slovenije
Če želi evropska (in s tem tudi slovenska) kovinska industrija v 21. stoletju kljubovati konkurenčni svetovni industriji kovin, polimerov in keramik, sta možni dve strategiji. Lahko izboljša obstoječe kovinske materiale ali pa razvije popolnoma nove kovinske materiale, ki bodo imeli izjemne lastnosti, bodo ekonomsko konkurenčni, ekološko neoporečni, ter bodo zadoščali kriterijem nizke potrošnje energije pri proizvodnji, dolge življenjske dobe in njihovem recikliranju.
Kompleksne kovinske zlitine utelešajo kombinacijo bolj ali manj izraženih lastnosti kot so mehanska odpornost, trdnost, vlečnost, dobra električna prevodnost, slaba toplotna prevodnost, majhen koeficient trenja, odpornost na vlago in druge izjemne lastnosti. Te karakteristike so lahko izhodišče za povsem nove tehnološke pristope na širokem spektru proizvodnje kovinskih izdelkov. Na obzorju so temperaturno neodvisni uporniki, mediji za shranjevanje vodika, absorberji sončne energije, zelo odporne kovinske prevleke in ekonomsko konkurenčne nove kompleksne kovinske zlitine, ki kanejo pospešiti uvajanje in razvoj novih tehnologij v slovensko gospodarstvo in industrijo.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
