Projekti / Programi
Karakterizacija in modeliranje nanostrukturnih površin kovinskih materialov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.02 |
Tehnika |
Materiali |
Kovinski materiali |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
karakterizacija, nanostrukturirane površine, monokristali, polikristalni materiali, kovinski materiali, ionski snop, fokusiran, defokusiran, laserski žarek, karakterizacija površin integrirane elektronske spektroskopske analitske tehnike, AES, XPS, FE-SEM, EDS, WDS, EBSD, AFM, modeliranje nanostruktur, teorija gostote funkcij (DFT). nevronske mreže
Raziskovalci (25)
Organizacije (3)
Povzetek
Raziskovalni projekt Karakterizacija in modeliranje nanostrukturiranih površin kovinskih mateialov obravnava raziskave na širokem področju temeljnih in aplikativnih raziskav kemijskih reakcij in fizikalnih lastnosti nanostrukturiranih površin in mejnih površin kovinskih in kompozitnih materialov. Obsega študij atomske zgradbe in kemijske sestave površin ter eksperimentalne raziskave lastnosti kovinskih materialov s ciljem razumevanja zveze med strukturo, sestavo in lastnostmi. Bistven cilj raziskav je boljše razumevanje kompleksnih fizikalnih procesov in kemijskih reakcij teh materialov na prostih površinah. Program dela združuje več raziskovalnih področij, ki jih povezujejo raziskave površin in mejnih površin, nanostrukturirane površine, karakterizacija in modeliranje.
Inženirstvo mejnih površin in nanostrukture obravnava modelne raziskave mehanizma in kinetike C,P,S na osnovnih ravninah monokristalov FeSi in modeliranje nanostrukture z DFT , MonteCarlo in nevronske mreže, modelne raziskave nanostrukturianja površin z adsorbcijo površinsko aktivnih elementov, pojav facetiranja in modeliranje
Modelne raziskave nanostrukturianja površine z defokusiranim in fokusiranim ionskim snopom
Študij neomočljivosti tankih plasti pri izdelavi nanostrukturiranih površin s FIB.
Mikro in nanostrukturirane plasti z lasersko ablacijo z lasersko ablacijo trdne površine. Površino bomo strukturirali z zaporedjem laserskih pulzov tako, da bomo odstranjevali material (s sublimacijo) na trajektoriji laserskega žarka.
Nanostrukturiane površine kovinskih materialov in polimerov, PACVD plasti za kontrolo biološkega nalaganja v sladki in morski vodi
Nanostrukturirane površine zaščitene z anorganskimi antibiotiki doktorska naloga
Adhezija bakterij na površine je pomemben biološki proces, ki je odvisen od številnih parametrov kot so kemija površin, kemijska sestava, topografija in hrapavost površine. Hrapavost površine igra pomembno vlogo v procesu adhezije, zlasti kadar so nepravilnosti na površini primerljive z velikostjo bakterij in lahko nudijo bakterijam zavetje pred neugodnimi okoljskimi dejavniki. Namen raziskave je preučiti vpliv hrapavosti in topografije površine nerjavnega jekla (avstenitno in duplex) in vzorcev z deponirano tanko plastjo TiO2 –Ag -Co na adhezijo različnih bakterij.
Pomen za razvoj znanosti
V okviru projekta smo razvili in ali osvojili nove metodologije za karakterizacijo nanostrukturiranih kovinskih materialov in mejnih površin na nano in atomski skali. Na IMT smo razvili eksperimentalno tehniko za meritve ravnotežne segregacije "in situ" in za določanje mehanizma in kinetike segregacije. Pojav facetiranja smo v okviru doktorskega dela Ionsko modificirane površine na nano skali in primerjali s pojavom nastanka riplov pri nižjih temperaturah in z uporabo ionskega snopa. Odprlo se je novo področje raziskav nanostrukturiranja površin z uporabo ionskega snopa, ki je obetaven in cenejši proces kot nanolitografija. V okviru projekta smo s sodelovanjem z argentinsko raziskovalno skupino s prof. Alfredom Juanom z Universidad National del Sur , Bahia Blanca izdelali modelno raziskavo segregacije Se na površini FeSi monokristala (110) ter (001) in (111) z modeliranjem z DFT (Density functional theory) in rezultate objavili v deh člankih, eden pa je v tisku. V doktorski disertaciji Karakterizacija in modeliranje mikrostrukture vzmetnih jekel z uporabo genetskega algoritma je obravnavan nov način modeliranja mikrostrukture kovinskih materialov. Predstavljeno delo je inovativen pristop v smeri nemrežnega modeliranja materialov. V doktorski disertaciji Avtomatska analiza spektrov Augerjevih elektronov smo doseglji zavidljive rezultate na področju avtomatizacije Augerjeve elektronske (AE) spektroskopije. Ključ do avtomatske analize AE spektrov je v odstranitvi šuma in spektralnega ozadja, pri tem pa ne smemo popačiti spektralnih vrhov. Poznano spektralno ozadje odstranimo iz spektra. Iz tako pripravljenega spektra lahko z avtomatsko metodo ugotovimo ali se iskani element v spektru nahaja in koliko ga je. Znižali smo tudi detekcijsko mejo metode AES, kar je izjemen dosežek. Z raziskavami nam je uspelo postaviti temelje za avtomatsko analizo spektrov AE. Rezultati raziskav laserskega strukturiranja kovinskih površin z namenom analize vpliva na njihovo hidrofilnost/hidrofobnost kažejo, da se pri laserskem vrtanju na površini pojavijo drobni izbrizgi taline, ki predstavljajo dodatno mikrostrukturo na površini. Pri mikrostrukturiranih površinah smo opazili superhidrofilne lastnosti, v nasprotju s pričakovanji pa nismo prišli do superhidrofobne površine niti pri uporabi nekaterih hidrofobnih organskih prevlek. Pri laserskem strukturiranju površin smo študirali površine odporne na biološko nalaganje. Reproducirali smo nekaj vzorcev iz narave tudi t.i. sharklet (vzorec podoben koži morskega psa) in nekaj drugih vzorcev, ki smo jih tudi izpostavili bakterijskemu nalaganju in bomo na njih nadaljevali študij biološkega nalaganja. V doktorski disertaciji Vpliv fizikalne in kemijske modifikacije avtenitnega nerjavnega jekla (AISI 316L) na adhezijo bakterij smo raziskali adhezijo bakterij na površino in tvorbo biofilmov na nerjavnem jeklu kar predstavlja kronično vir kontaminacije z mikrobi v medicini in živilski industriji. Število in razporeditev bakterij se je med vzorci razlikovalo. Bakterije se pritrjajo v neposredno bližino že pritrjenih bakterij in tvorijo skupke. Bakterije se pogosteje pritrjujejo v razpoke, praske in druge nepravilnosti na površini, saj jih ščitijo pred neugodnimi dejavniki okolja.
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati razvoja novih metodologij in eksperimentalnih tehnik za karakterizacijo kovinskih materialov in kompozitov na atomski skali ter implementacija le teh v slovenski prostor je zelo pomembna tako za razvoj slovenske znanosti in raziskav kot tudi za implementacijo v mala in srednja podjetja ter zavode. Rezultati raziskav bodo vplivali na razvoj novih nanostrukturiranih površin prevlek za preprečevanje biološkega nalaganja, pomembni so za slovensko gospodarstvo, za proizvajalce medicinske opreme in opreme za prehrambno industrijo. Rezultati nanosturkturiranih površin induciranih z adsorpcijo površinsko aktivni elementov so pomembni tako za za podjetje ACRONI, ki je proizvajalec neorientirane elektro pločevine, zlitine FeSi kot tudi za proizvajalce nanastrukturiranih površin z ionskim snopom, mogoče nadomestilo za nanolitografske postopke in za podjetje LPKF, ki lahko v bodoče površino strukturia z ablacijo z laserskim žarkom. Rezultati raziskav karakterizacije in modeliranja kovinskih materialov so pomembni za proizvajalca vzmetnih jekel za izdelavo visokotrdnostnih vzmeti za avtomobilsko industrijo. Posebno pomemben je model prostorske porazdelitve nekovinskih vključkov v vzmetnem jeklu, ki kaže na soodvisnost z mehanskimi lastnostmi.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
