Projekti / Programi
Fizikalno kemijski pojavi na površinskih plasteh in uporaba nanodelcev
01. januar 2014
- 31. december 2017
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.02.00 |
Tehnika |
Kemijsko inženirstvo |
|
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P003 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.04 |
Tehniške in tehnološke vede |
Kemijsko inženirstvo |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
Raziskovalci (18)
Organizacije (1)
Povzetek
Programska skupina (PS) bo nadaljevala raziskave na področju kemije materialov, predvsem na aktivnih površinah. Raziskave se bodo izvajale v štirih sklopih; porozni polimeri s funkcionalno površino, fizikalno- kemijski pojavi na kovinskih površinah, anorganski nanodelci in njihova uporaba ter senzorski elementi. Vzporedno bodo potekale tudi podporne raziskave za ustrezno karakterizacijo novih sintetiziranih materialov. Skupno vsem sklopom raziskav so medfazni pojavi, katerih razumevanje in obvladovanje je za uspešno optimizacijo in uporabo novih materialov ključno.
Raziskave poroznih polimerov so zelo aktualne, saj predstavljajo material, uporaben v številnih področjih, pri shranjevanju energije in plinov, kot podporni material v biomedicini, so nosilci katalizatorjev in reagentov, v separacijskih tehnikah, idr. V okviru PS se bomo osredotočili na obvladovanje kreiranja por na različnih nivojih, od nano por do por velikosti več deset mikrometrov. Pri tem bomo uporabili različne tehnike, solvotermalne sinteze in porogena topila za nano pore ter koloidne šablone za večje pore. Za polimerizacije bomo uporabljali poleg proste termično iniciirane radikalske polimerizacije tudi tiol-en polimerizacijo ter metatezno polimerizacijo z odprtjem obroča. Z uporabo različnih mehanizmov polimerizacije bomo razširili nabor monomerov. Porozne materiale bomo pripravili v obliki monolitov in membran, kar omogoča direktno testiranje in uporabo v obliki kolon in membranskih modulov, obliko monolita pa lahko prilagajamo potrebam uporabe.
V sklopu raziskovanja pojavov na kovinskih površinah bomo proučevali kinetike in mehanizme reakcij na korodirajočih kovinskih površinah, kot so čiste kovine, zlitine ali s kovinami prevlečeni polimerni materiali, v različnih agresivnih medijih in povišani temperaturi, kar nam omogoča vpogled v kemijske reakcije na površinah in posledično obvladovanje procesa korozije.
V sklopu raziskav nanodelcev bomo pripravili anorganske nanomateriale z različno morfologijo, kot so kovinski halkogenidi in oblečeni magnetni nanodelci z različnimi sodobnimi sinteznimi metodami, kot so sinteza v mikroemulzijah, sol/gel in sonokemijske sinteze. Kovinski halkogenidi se pogosto uporabljajo v solarnih celicah, v zadnjem času pa tudi kot materiali za elektrode, katalizatorje, radiacijske filtre in plinske senzorje. V zadnjih letih so oblečeni nanodelci vse bolj zanimivi tudi v biomedicinskih aplikacijah (hipertermija, kontrolirana dostava zdravil…). Pričakujemo, da bodo novi nanomateriali in nanokompoziti uporabni za različne aplikacije v tehniki in medicini.
Nadalje bomo raziskovali senzorje v klasičnih in pretočnih sistemih, katere selektivnost bomo poskušali izboljšati z uporabo novih nano-materialov. Po vključevanju materialov v matriko npr. kovinsko podlago ali grafitno pasto, pričakujemo vrsto izboljšav v primerjavi s klasičnimi senzorji predvsem na področju: odzivnih časov, interferenc, selektivnosti, meje detekcije in delovnega območja.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave v okviru PS se fokusirajo na interakcije med različnimi površinami, na stikih med materiali in na stikih material/medij. Veliko pomembnih procesov npr. adsorpcija, kataliza, korozija, biološki procesi, je odvisno od površinskih procesov. Izboljšanje razumevanja površinskih procesov je zato izjemnega pomena za znanost. Rezultati raziskav izvedenih v PS bodo imeli tudi aplikativen značaj saj je učinkovitost številnih industijskih procesov odvisna od dobrega razumevanja pojavov na površinah.
V okviru raziskovalnega programa in predlaganega dela predvidevamo tudi promocijo znanosti, ustrezne predstavitve znanstvenega in strokovnega dela doma in v tujini.
Izsledki raziskav sinteze poroznih polimerov bodo pomembni za omogočanje priprave polimernih materialov z željeno morfološko strukturo ki bo prilagojena uporabi. Poznavanje metod vplivanja na morfološko strukturo predvsem velikostjo in porazdelitev por bo omogočalo pripravo takoimenovanih tailor made polimernih struktur.
Rezultati raziskav bodo tudi pomemben prispevek k temeljnim znanjem na področju kemijsko odpornih jekel (avstenitna, feritna), mehanizma in kinetike korozije in pasiviranja pri različnih (tudi ekstremnih) pogojih uporabe. Z različnimi metodami predhodne obdelave jekel je tako možno že pred uporabo materiala vplivati na njegovo korozijsko odpornost. Surfaktanti zaščitijo površino kovine tako, da se s svojimi funkcionalnimi skupinami adsorbirajo na površino kovine. Zato je poznavanje kemizma adsorpcijskih procesov velikega pomena pri izbiri ustreznega inhibitorja.
Pripravljeni bodo novi nanomateriali in nanokompoziti za aplikacije v biomedicini in/ali tehnologiji.
Pričakujemo, da bomo lahko vplivali na izredne lastnosti nanodelcev z uporabo različnih sinteznih metod, ki proizvedejo delce z različnimi morfološkimi lastnostmi. Razvoj novih nanodelcev in kompozitnih nanomaterialov nam bo dal nov vpogled v obnašanje nanodelcev v različnih matrikah kjer fenomeni še niso raziskani (npr. razporeditev nanodelcev v emulzijah).
V okviru priprave novih senzorskih sistemov bomo kombinirali pristope s poroznimi polimeri in uveljavitvijo nanodelcev zato bomo pridobili nove podatke o strukturah ter selektivnosti senzorskih elementov.
Rezultati raziskav v PS bodo disemenirani v obliki objav v vrhunskih mednarodnih publikacijah.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskave v PS se nanašajo na nove materiale in uporabo teh materialov. Zato bodo izsledki raziskav pomembni za slovensko in tudi mednarodno družbo. Rezultati raziskav bodo ustrezno diseminirani po zaščiti intelektualne lastnine. Tako bodo dostopni slovenski in mednarodni javnosti. Pričakujemo, da bodo rezultati raziskav v PS koristili industrijam na področju separacijskih tehnologij (kromatografski materiali), kovinskih materialov (korozijska zaščita), biomedicine (porozni polimerni materiali za celične kulture in tkivno inženirstvo, biomedicinski senzorji), zaščitne ekološke industrije (separacijske membrane), elektronske tehnologije (specifični EMV filtri).
Aplikativnost poroznih polimerov se kaže na področjih separacije, kjer člani PS že sodelujemo s podjetjem BIA Separations Ajdovščina, Beti Metlika, Strix Ljubljana in drugimi. Tudi raziskovanje poroznih polimerov v biomedicinske namene bo predvidoma imelo posledice v uporabi pri razvoju celičnih kultur, saj lahko z izbiro faktorjev vplivamo na interakcije med površino materiala in celicami.
Raziskave se navezujejo tudi na mnoge probleme korozije v Sloveniji, tako v procesni tehniki, gradbeništvu, elektrarnah, medicini, itd. Boljše poznavanje korozijskih procesov omogoča boljšo predhodno obdelavo, kot tudi samo protikorozijsko zaščito in izbor ustreznih kemijsko odpornih kovinskih materialov.
Rezultati programa bodo zelo pomembni in uporabni za slovensko industrijo. Podjetje BIA Separations iz Ljubljane je eno vodilnih v svetu na področju polimernih nosilcev za separacijske tehnologije. Podjetje sodeluje s slovensko farmacevtsko industrijo (Lek, Krka) pri čiščenju farmacevtskih učinkovin, cepiv in virusov, zato bodo rezultati programa posredno koristili tudi tem podjetjem. Rezultati bazičnih odkritij bodo pomembni za razvoj separacijskih tehnologij in sintezne organske kemije (katalizatorji na polimernih nosilcih).
Z mentorstvom diplomantom na dodiplomskih in podiplomskih študijskih programih bomo prenašali raziskovalno delo in znanje na mlajšo generacijo in vzgajali kadre za potrebe slovenske družbe.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
2016,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
2016,
zaključno poročilo
