Funkcjonalne warstwy z czarnych szkieł na bazie silseskwioksanów drabinkowych


                

Kierownik projektu:

Wykonawcy projektu:

Numer grantu:

  • 2014/15/B/ST8/02827

Data rozpoczęcia:

  • 2015-07-06

Data zakończenia:

  • 2018-07-05

Cel naukowy

Czarne szkła posiadają strukturę amorficznej krzemionki, w której nastąpiło podstawienie dwóch jonów O2- jednym anionem C4-. Oczekuje się, że wszystkie podstawowe własności szkła ulegną poprawie w miarę wzrostu ilości węgla wprowadzonego do struktury szkła. Niestety struktura szkła krzemionkowego może przyjąć tylko ograniczoną ilość jonów węgla. Dlatego też czarne szkła zazwyczaj zawierają również tzw. wolny węgiel, który jest odpowiedzialny za ich czarną barwę [1]. W naszej ocenie obecnie podstawowym problemem przy otrzymywaniu czarnych szkieł, o z góry zaplanowanych własnościach, jest przede wszystkim brak kontroli nad ilością jonów węgla wprowadzanych do struktury, co skutkuje otrzymywaniem materiałów o niekontrolowanych ilościach wolnego węgla.

W związku z czym za główny cel naukowy projektu przyjęto zaprojektowanie oraz otrzymanie funkcjonalnych warstw na bazie czarnych szkieł zawierających kontrolowaną ilość wolnego węgla. Jesteśmy przekonani, że kontrola ilości wolnego węgla pozwoli na świadome sterowanie własnościami otrzymywanych materiałów.

Zakładamy, że kontrolę nad ilością wprowadzanego węgla zapewni nam wykorzystanie, otrzymywanych metodą zol-żel, dobrze zdefiniowanych polisilseskwioksanów o strukturze drabinkowej. Aby można było świadomie kontrolować własności zaplanowanych czarnych szkieł konieczna jest precyzyjna znajomość zarówno ich struktury (struktura sieci oksywęglika krzemu), jak i mikrostruktury (ilość, forma i struktura wolnego węgla).

Końcowym efektem projektu ma być otrzymanie funkcjonalnych warstw w związku z czym konieczne jest również określenie wpływu struktury i mikrostruktury szkieł na ich parametry użytkowe wynikające z przeznaczenia: stabilność termiczną, oporność elektryczną, bioaktywność, porowatość oraz parametry mechaniczne.   

Znaczenie projektu

Pierwsze próby wprowadzenia węgla do struktury szkła krzemionkowego, były podejmowane najczęściej poprzez klasyczne topienie suchego zestawu surowcowego [np. 2]. Jednak otrzymanie czarnych szkieł tą drogą jest bardzo trudne z uwagi na utratę węgla (utlenianie) oraz dekompozycje materiału do krystalicznego SiC i SiO2. Najprostszym i zarazem najbardziej skutecznym sposobem otrzymywania czarnych szkieł jest wykorzystanie metody zol-żel, używając odpowiednich polimerycznych prekursorów, które zawierają wiązanie Si-C [np. 3,4]. Wiązania te charakteryzują się duża trwałością i zostają zachowane zarówno w kserożelu jak i w szkle otrzymywanym na jego bazie w wyniku pirolizy. Dane literaturowe wskazują, że używając odpowiednich prekursorów można otrzymać czarne szkła, w których całkowita zwartość węgla dochodzi nawet do 45% [4]. Jednak tylko część węgla bierze udział w tworzeniu więźby szkła. Pojawienie się wolnego węgla gwałtownie zmienia praktycznie wszystkie własności szkła. Stwierdzono, że „stechiometryczne” czarne szkła są stabilne nawet do 1200oC a ich wygrzewanie w wysokich temperaturach prowadzi do separacji fazowej. W przypadku  obecności wolnego węgla dochodzi najprawdopodobniej do karbotermicznej redukcji SiO2 +3C = SiC + 2CO(g).  Karbotermiczna redukcja prowadzi zatem do dużego ubytku masy, a co za tym idzie i znacznego pogorszenia własności mechanicznych szkła [np. 5]. Wykazano, że karbotermiczną redukcję, można zminimalizować (do ok. 3%) poprzez wprowadzenie do struktury czarnych szkieł jonów glinu w miejsce jonów krzemu (podstawienia kationowe). Pozwala to rozszerzyć stabilność termiczną czarnych szkieł nawet do 1500oC [5]. Analiza literatury pozwala stwierdzić, że w zależności od ilości podstawień izomorficznych (anionowych i/lub kationowych) i ilości wolnego węgla parametry użytkowe czarnych szkieł mogą się zmieniać w bardzo szerokich granicach [np. 6,7].

Według naszej wiedzy brak jest prac poświęconych badaniom struktury oraz własności czarnych szkieł o systematycznie zmieniającej się zawartości wolnego węgla – od praktycznie czystych czarnych szkieł do mocno wzbogaconych w wolny węgiel. Istnieją kontrowersje co do koncepcji struktury czarnych szkieł zawierających wolny węgiel. Uogólniając można przyjąć, że w literaturze istnieją dwie skrajne koncepcje. Klasyczna teoria według której w strukturze czarnego szkła obecne są domeny wolnego węgla zawieszone w szklistej matrycy SiO2, w której część par atomów tlenu została zastąpiona przez pojedynczy atom węgla. Alternatywny model został zaproponowany przez Saha, Raj i Williamsona w 2006 roku [8]. Opisuje on strukturę czarnych szkieł jako domeny materii szklistej znajdującej się między warstwami grafenowymi. Model ten jeszcze nie uzyskał większego rozgłosu ze względu na fenomenologiczny tryb badań nad oksywęglikiem krzemu, jednak nasze dotychczasowe badania pozwalają uważać go za możliwy.

Skorelowanie ze sobą zaplanowanych przez nas badań struktury i mikrostruktury, symulacji komputerowych oraz badań własności otrzymanych materiałów pozwoli na projektowanie czarnych szkieł o różnej ale kontrolowanej ilości wolnego węgla. To z kolei pozwoli nam otrzymać czarne szkła o różnych własnościach w zależności od wymagań stawianych przez użytkownika.

W projekcie proponujemy wykorzystanie otrzymanych czarnych szkieł w formie warstw jako potencjalnych: 1) biomateriałów, 2) materiałów na wybrane elementy ogniw paliwowych, 3) jako nośników katalizatorów w metalowych reaktorach strukturalnych.

W naszych czasach stale wzrasta średni wiek oraz długość życia człowieka. Dlatego też bardzo poważnym problemem staje się zapotrzebowanie na materiały zastępujące funkcje żywych tkanek ludzkiego ciała. Idealny biomateriał powinien charakteryzować się bardzo dobrą biochemiczną jak i biomechaniczną zgodnością z tkanką żywą [9]. Gdy zachodzi konieczność przenoszenia obciążeń mechanicznych najczęściej stosowane są biomateriały metaliczne – przede wszystkim stale austeniczne oraz tytan i jego stopy. Powierzchnia metali musi być jednak modyfikowana aby zapewnić  przede wszystkim skrócenie czasu wiązania implantu z żywa tkanką oraz podwyższyć biotolerancje tzn. podatność implantu na odziaływanie korozyjne środowiska płynów i tkanek. Bardzo często pożądaną cechą jest również bioaktywność powierzchni materiału, czyli zdolność do tworzenia wiązań z tkanką żywą. W literaturze światowej nie ma doniesień na temat bioaktywności czarnych szkieł. Przeprowadzone przez nas wstępne badania wykazały, że powierzchnie stali austenicznej oraz tytanu pokryte warstwą z czarnych szkieł wykazują bioaktywność. Tak więc, istnieje możliwość otrzymania tą drogą ciekawych materiałów jednocześnie przenoszących obciążenia mechaniczne i charakteryzujących się wysokim stopniem bioaktywności.

Kolejną potencjalną szansą na udaną implementację czarnych szkieł jest zastosowanie ich w roli powłok ochronno-przewodzących interkonektorów odgrywających kluczową rolę w stałotlenkowych ogniwach paliwowych typu SOFC [np. 10]. Próby ochrony metalicznych interkonektorów podejmowane z zastosowaniem powłok perowskitowych i spinelowych nie przyniosły jak dotąd spodziewanych efektów. Postępująca  degradacja materiałów w trakcie eksploatacji pogarsza ich funkcje ochronne i przewodzące [np. 11]. W związku z powyższym zasadne jest rozwiązanie tego problemu poprzez  zastosowanie całkowicie nowych grup materiałów o pożądanych właściwościach podobnych do klasycznych powłok (wysokie przewodnictwo elektryczne o 100% składowej elektronowej, dopasowany współczynnik rozszerzalności cieplnej do współczynnika pozostałych komponentów, odporność etc.[np. 10], a takimi mogą być czarne szkła zawierające znaczne ilości wolnego węgla (wolny węgiel decyduje o przewodnictwie).

Innym obszarem wykorzystania czarnych szkieł może być kataliza. Czarne szkła można rozważać zarówno, jako strukturalne wypełnienia reaktorów postaci pian o zadanej architekturze porów (w różnych skalach), jako nośniki katalizatorów  (washcoat) o dużej powierzchni (materiał porowaty) a także wprost jako warstwy o właściwościach katalitycznych. Druga możliwość zastosowania byłaby szczególnie istotna w przypadku metalowych reaktorów strukturalnych, badanych w zespole aplikującym o projekt [np. 12]. Wykorzystanie reaktorów metalowych uzależnione jest od opracowania skutecznej metody nanoszenia warstwy washcoatu i katalizatora na powierzchnie metalowe, tak by zapewnić: i) dużą przyczepność deponowanych materiałów, ii) odporność mechaniczną, termiczną i chemiczną w warunkach procesów przemysłowych (np. dopalanie), iii)  dużą powierzchnię kontaktu. Metody nanoszenia warstw washcoatu w postaci tlenków metali zwykle SiO2, g-Al2O3, CeO2 na powierzchnie metalowe są wciąż niedoskonałe ze względu na słabe przyleganie warstw do powierzchni metalu. Biorąc pod uwagę niezwykłą odporność mechaniczną, stabilność termiczną oraz własności trybologiczne (wstępne nasze badania) powłok z czarnych szkieł problem ten może zostać rozwiązany. Takie wykorzystanie szkieł jak proponowane w projekcie opisane jest w szeregu patentach jednak w nielicznych publikacjach z dziedziny katalizy i materiałoznawstwa.

Wykorzystanie wybranych własności użytkowych czarnych szkieł daje nadzieję na daleko idący postęp jeżeli chodzi o nową klasę biomateriałów, warstw ochronnych powierzchni metalicznych i nośników katalizatorów. Będzie to miało niewątpliwy wpływ na jakość życia ludzi poprzez potencjalne uzyskanie dostępu do nowych, lepszych biomateriałów oraz ograniczenie zanieczyszczenia środowiska naturalnego (katalizatory, ogniwa paliwowe).       

Koncepcja i plan badań

Z przedstawionego dotychczas opisu wynika, że parametry użytkowe czarnych szkieł zależą od struktury i mikrostruktury szkła tj. struktury sieci krzemotlenowej (przede wszystkim ilości podstawień izomorficznych) oraz  ilości wolnego węgla. Strukturę sieci oraz ilość wolnego węgla można kontrolować używając odpowiednich prekursorów zawierających ściśle określone ilości podstawień anionowych (ilość węgla) oraz kationowych (ilość Al3+). Jako podstawowe  prekursory czarnych szkieł wykorzystane zostaną polisilseskwioksany o strukturze drabinkowej. O wyborze przez nas takich prekursorów zdecydowały trzy czynniki: 1) W strukturze drabinkowej wiadomo jest, co który jon tlenu zastąpiony jest przez jon węgla. Pozwala to kontrolować ilość wiązań Si-C, co jest kluczowe z punktu widzenia stopnia homogeniczności otrzymywanych szkieł. 2) Badania termiczne czarnych szkieł otrzymywanych na bazie polisilseskwioksanów drabinkowych wykazały, że szkła takie charakteryzują się praktycznie zerowym skurczem i nie ulegają spiekaniu – idealny materiał na warstwy. 3) Otrzymywanie tych prekursorów odbywa się metodą zol-żel, co pozwala na łatwe i tanie otrzymywanie powłok różnymi metodami.

Parametry drabinki tj. długość, rodzaj i ilość grup funkcyjnych itp., a więc i ilość wprowadzanego węgla mogą być regulowane w bardzo szerokich granicach poprzez odpowiedni wybór prekursorów. Jako główny prekursor polisilseskwioksanów drabinkowych użyty zostanie MTES (CH3Si(OC2H5)3), który zawiera tzw. jednostki T [np. 13]. Jednostki te dzięki właściwością wiązania Si-O łatwo ulegają hydrolitycznej polikondensacji (tworzenie mostków Si-O-Si) tworząc molekuły liniowe lub cykliczne Wyniki naszych badań wykazały, że produktem kwaśnej hydrolitycznej polikondensacji tego związku jest struktura drabinkowa, a w wyniku jej pirolizy w atmosferze argonu otrzymaliśmy praktycznie homogeniczne czarne szkła w formie litej jaki i warstw na podłożach metalicznych [14,15]. Systematyczną zmianę ilości wolnego węgla chcemy zapewnić  poprzez dodanie do mieszaniny reakcyjnej ściśle określonych ilości DEDMS ((CH3)2Si(OC2H5)2), który zawiera tzw. jednostki D [np. 13]. Zaplanowane jest stworzenie całego szeregu mieszanin T/D w różnych stosunkach molowych: 4/1, 3/1, 2/1, 1/1 i 1/2. Stale zwiększająca się zawartość grup D oznacza stały (kontrolowany) wzrost zawartości wprowadzanego węgla. W przypadku otrzymywania prekursorów czarnych szkieł przeznaczonych do ochrony elementów do ogniw paliwowych, w celu dodatkowego podwyższania stabilności termicznej szkieł (ograniczenie karbotermicznej redukcji SiO2), do syntezy zostaną użyte również pochodne alkoksylowe glinu.

            Zole otrzymane metodą hydrolitycznej polikondensacji zostaną naniesione na odpowiednie podłoża zgodnie z przeznaczeniem: 1) na blachy ze stali austenicznej i tytanu dla biomateriałów, 2) na stopy stali ferrytycznych dla materiałów do ogniw paliwowych, 3) na siatki stalowe dla potrzeb reaktorów strukturalnych.

Wszystkie otrzymane kserożele, w formie litej i warstw na odpowiednich podłożach, zostaną poddane pirolizie. Czarne szkła przeznaczone na nośniki katalizatorów zostaną dodatkowo wypalone w powietrzu w celu pozbycia się wolnego węgla – powstanie materiał porowaty. Aby móc zrealizować podstawowy cel naukowy grantu tj. możliwość projektowania czarnych szkieł o określonych własnościach, w pierwszej kolejności konieczne jest możliwie szczegółowe poznanie ich struktury i mikrostruktury. W związku z czym, z punktu widzenia realizacji celów grantu, kluczową sprawą jest weryfikacja koncepcji struktury czarnych szkieł. Poznanie struktury czarnych szkieł zawierających wolnych węgiel jest zadaniem niezwykle trudnym gdyż materiały te są właściwie kompozytami. W związku z czym zachodzi konieczność osobnego poznania zarówno struktury sieci jak i formy i struktury wolnego węgla. Poznanie sposobu koordynacji poszczególnych jonów, rodzaju istniejących wiązań oraz zmian zachodzących podczas wygrzewania w otrzymanych szkłach pozwoli stworzyć model struktury badanych szkieł i na tej podstawie zostaną zaplanowane i przeprowadzone odpowiednie symulacje komputerowe. Końcowym celem grantu jest otrzymanie funkcjonalnych warstw, w związku z czym na wszystkich otrzymanych warstwach zostaną przeprowadzone odpowiednie testy w celu określenia ich przydatności zgodnie z przeznaczeniem. Uzyskane wyniki badań własności mechanicznych, elektrycznych, termicznych oraz odporności chemicznej otrzymanych szkieł zostaną skorelowane z wynikami badań strukturalnych oraz symulacji komputerowych. Pozwoli to zaproponować najbardziej odpowiedni model struktury dla poszczególnych szkieł o zmiennej zawartości węgla, a co za tym idzie przewidywać i planować własności otrzymywanych materiałów.

Metodyka

Wszystkie prekursory czarnych szkieł zostaną otrzymane metodą zol-żel. Do nakładania warstw na różne podłoża wykorzystamy metodę zanurzeniowo-wynurzeniową, obrotowego powlekania i elektroforetycznego osadzania (EPD). Ceramizacja otrzymanych materiałów prowadzona będzie w temperaturach wynikających z badań termicznych (DTA, DSC, DTG).

Rzeczywisty skład chemiczny otrzymywanych szkieł będzie określany na podstawie badań WDXRF. Skorelowanie tych wyników z wynikami badań DTG pozwoli określić zarówno ilość węgla w sieci oksywęglika krzemu (wiązania Si-C) jak i ilość wolnego węgla. 

Jak już wspomniano konieczne jest osobne określenie struktury zarówno „matrycy” jak i fazy rozproszonej. Do tego idealnie nadają się metody spektroskopowe - FTIR, Raman i MAS NMR. Spektroskopia oscylacyjna (FTIR, Raman) pozwoli z dużą precyzją określić rodzaj wiązań występujących w badanych szkłach. W wyniku badań nad czarnymi szkłami wykazaliśmy, że zastosowanie odpowiednich procedur matematycznych pozwala na podstawie widm MIR określić strukturę sieci w „stechiometrycznych” czarnych szkłach [14,15]. Problemem pozostaje określenie formy i struktury wolnego węgla. Z uwagi na charakter wiązania (wiązania kowalencyjne) konieczne jest w tym wypadku zastosowanie spektroskopii Ramana. Na podstawie badań ramanowskich możliwe jest rozróżnienie zarówno formy wolnego węgla (grafit i/lub grafen? [np. 16]. Wykorzystanie mikroskopii ramanowskiej daje szansę na oddzielne określenie struktury sieci oksywęglika krzemu oraz wolnego węgla. Konieczne jest w tym celu wykorzystanie tzw. mapowania ramanowskiego. Sprzężenie optycznego mikroskopu konfokalnego ze spektrometrem ramanowskim wyposażonym w ruchomy stolik xyz, pozwala skanować badane próbki z rozdzielczością nanometryczną uzyskując tym samym informację na temat ich heterogeniczności. Mapowanie punkt po punkcie pozwala otrzymać graficzne przedstawienie dystrybucji związków chemicznych na powierzchni próbki. Oprócz wspomnianych pomiarów, planowane jest również przeprowadzenie temperaturowych badań ramanowskich in situ. Badania takie prowadzone w różnych atmosferach w temperaturze do 1500oC pozwolą śledzić i opisać zmiany in situ struktury fazy węglowej, proces karbotermicznej redukcji SiO2 oraz proces krystalizacji czarnych szkieł. Badania te wydają się być szczególnie intersujące, gdyż prowadzone będą w realnych warunkach (temperatura) pracy ogniw paliwowych i katalizatorów. Pomiary te powinny pozwolić na opis zauważonego prze T. Xu i Q. Ma [5] procesu blokowania karbotermicznej redukcji SiO2 w przypadku obecności jonów glinu w sieci oksywąglika krzemu. Ma to kluczowe znaczenie z punktu widzenia własności użytkowych w wysokich temperaturach.

Przeprowadzone dodatkowo badania MAS NMR i XPS pozwolą określić odpowiednio, koordynacje poszczególnych jonów i istnienie różnych ugrupowań oraz zobrazować stan chemiczny pierwiastków na powierzchni badanych materiałów. Badania te są istotne z punktu widzenia określenia formy występowania węgla w badanych szkłach. Wszystkie przedstawione powyżej badania pozwolą zaproponować model struktury dla poszczególnych szkieł o zmiennej zawartości wolnego węgla, który zostanie zweryfikowany i ewentualnie zmodyfikowany na podstawie symulacji komputerowych, wykonanych z wykorzystaniem infrastruktury PL-GRID. Ze względu na złożoność badanych układów, obliczenia przeprowadzone zostaną w dwóch etapach: w etapie pierwszym, za pomocą programu GULP (General Utility Lattice Program), umożliwiającego symulacje i obliczenia różnorodnych właściwości układów periodycznych, w oparciu o klasyczne metody pól sił, wykonana zostanie seria obliczeń dla różnych modeli szkieł o różnym stopniu uporządkowania i zmienną liczbą oraz pozycjami atomów węgla, celem określenia termodynamicznie najbardziej trwałych konfiguracji. W drugim etapie, w oparciu o wyniki obliczeń etapu pierwszego, dla wybranych najbardziej prawdopodobnych struktur wykonane zostaną obliczenia ab initio (formalizm DFT, program Crystal14) widm wibracyjnych, uwzględniające uporządkowanie dalekozasięgowe (periodyczność struktury modelowych szkieł) oraz analiza topologiczna gęstości elektronowej (metoda QTAiM Badera). Otrzymane widma wibracyjne zostaną porównane z widmami eksperymentalnymi, dzięki czemu możliwe będzie dokładniejsze określenie struktury i właściwości materiałów otrzymanych w eksperymentalnej części projektu, a analiza topologiczna gęstości elektronowej dostarczy informacji na temat własności wiązań chemicznych badanych modelowych szkieł.

O skuteczności powłok decyduje również ich grubość oraz stan powierzchni. Zostanie to określone poprzez badania mikroskopowe: na mikroskopie konfokalnym 3D, SEM i AFM. Użycie moduł ilościowego mapowania nanomechanicznego (AFM) umożliwi ponadto zbadanie wpływu składu prekursora na właściwości mechaniczne pokryć (m.in. adhezja, twardość) w skali nanometrycznej. Pozwoli to na określenie jak bardzo otrzymane materiały są jednorodne pod względem swoich właściwości, jak również dokładne zbadanie poszczególnych domen z rozdzielczością nanometryczną. Planowane jest również przeprowadzenie badań przewodnictwa elektrycznego pokryć w skali nanometrycznej. Przewodnictwo ma kluczowe znaczenie do zastosowań czarnych szkieł jako pokryć ochronnych w ogniwach paliwowych. Zbadanie zależności przewodnictwa od składu szkła w połączeniu z zależnościami właściwości mechanicznych pozwoli uściślić model struktury badanych szkieł ale również da informacje o parametrach użytkowych badanych warstw.

Właściwości elektryczne w/w układów w skali makro będą prowadzone metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej oraz stałoprądową metodą dwusondową.

W celu precyzyjnego określenia parametrów mechanicznych szkieł wykonane zostaną badania nano-mechaniczne w oparciu o metodę nanoindenacji (NanoTest). Precyzyjne określenie twardości, modułu Younga, energii elastycznej czy plastycznej materiału możliwe jest w oparciu o odpowiedź mechaniczną badanej próbki otrzymaną z poziomu pojedynczych nanometrów. Wybrany układ badawczy umożliwia prowadzenie badań nano-mechanicznych od temperatury pokojowej do temperatur rzędu 750°C. Pozwoli więc to na precyzyjne zbadanie właściwości mechanicznych warstw czarnych szkieł w rzeczywistej temperaturze pracy ogniwa i katalizatorów. Urządzenie NanoTest wyposażone jest również w głowicę do wykonywania scratch testów. Zapewnia to możliwość prowadzenia badań trybologicznych - oszacowanie obciążenia maksymalnego, które powoduje pęknięcie warstwy. Ostatecznie, planowane jest sporządzenie map rozkładu parametrów mechanicznych dla szkieł o zmiennej zawartości węgla.

Otrzymywane warstwy muszą charakteryzować się bardzo dobrą przyczepnością, szczelnością i odpornością korozyjną. Proces korozji warstw śledzony będzie z zastosowaniem wcześniej wymienionych metod mikroskopowych oraz spektroskopowych. Dodatkowo we współpracy z Wydziałem Chemii Uniwersytetu Śląskiego zostaną przeprowadzone odpowiednie testy korozji.

Z punktu widzenia zastosowania otrzymywanych warstw jako biomateriałów konieczne jest określenie  ich bioaktywności. Zostanie ona określona na podstawie tzw. testu Kokubo [17] - inkubowanie badanych materiałów w sztucznym osoczu (SBF) i kontrola narastania faz fosforanowych.

Z kolei z punktu widzenia zastosowania materiałów porowatych w katalizie konieczne jest określenie całkowitej powierzchni właściwej materiału oraz powierzchni właściwej porów. Pomiary te (na próbkach litych) zostaną wykonane metodą Brunauera-Emmetta-Tellera (BET). Niezbędne będzie również wyznaczenie objętości mikroporów i mezoporów oraz całkowitej objętości porów, a także wyznaczenie funkcji rozkładu objętości porów. W tym celu wyznaczone zostaną niskotemperaturowe izotermy adsorpcji i desorpcji azotu. Rozkład porów (mezoporów) skontrolowany zostanie również poprzez pomiary SAXS.

Jednym z ostatnich zadań badawczych jest sprawdzenie właściwości katalitycznych otrzymanych warstw czarnych szkieł z katalizatorem kobaltowym na blachach stalowych. Zadanie to wykonywane jest w kontekście wykorzystania tego typu materiałów w reaktorach z wypełnieniem w postaci metalowych struktur krótkokanałowych. Otrzymane metodą chemisorpcji katalizatory kobaltowe o strukturze spinelu będą testowane w reakcji dopalania lotnych związków organicznych i metanu w wysoko przepustowym układzie katalitycznym Catlab.

Wszystkie zaplanowane badania struktury, mikrostruktury oraz własności mechanicznych otrzymanych materiałów z jednej strony dadzą jednoznaczną odpowiedź co do kontrowersji dotyczących wyboru modelu struktury czarnych szkieł z drugiej zaś pozwolą określić główne parametry użytkowe zaplanowanych funkcjonalnych warstw. Szczególnie ciekawe wydaje się być, wspomniane już, skorelowanie map rozkładu przewodności elektrycznej i właściwości mechanicznych z uzyskanymi mapami ramanowskimi oraz wynikami symulacji komputerowych.

Literatura

1. G.D. Soraru, Chem. Mater. 10 (1998) 4047.

2. J. Homeny, S.H. Risbud, Mater. Lett. 3 (1985) 432.

3. H.J. Kleebe, Y.D. Blum, J. Europ. Ceram. Soc. 28 (2008) 1037.

4. H. Zhang, C.G. Pantano, J. Am. Ceram. Soc. 73 (1990) 958.

5. T. Xu, Q. Ma, Z. Chen, Materials Letters 65 (2011) 433.

6. 24. J. Latournerie, P. Dempsey, D.H. Bahloul, J. Am. Ceram. Soc. 89 (2006) 1485.

7. M.A. Mazo, A. Nistal, A.C. Caballero, F. Rubio, J.L. Oteo, J. Europ. Ceram. Soc. 33 (2013) 1195.

8. A. Saha, R. Raj, D.L. Williamson, J. Am. Ceram. Soc. 89 (2006) 2188.

9. L.L. Hench, E.C. Ethridge, Biomaterials: an Interfacial Approach, Academic Press, New York, 1982.

10. H. Kurokawa, K. Kawamura, T. Maruyama, Solid State Ionics, 168 (2004) 13.

11. S.C. Singhal, K. Kendall High Temperature, Solid Oxide Fuel Cells: Fundamentals, Design and Applications  Elsevier, Kidlington Oxford (2003).

12. A. Kołodziej, J. Łojewska, P. Jodłowski, J. Tyczkowski, W. Redzynia, S. Zapotoczny, P. Kuśtrowki, Chem. Eng. J. 200-202 (2012) 329.

13. M. Handke, „Krystalochemia Krzemianów”, UWND AGH, II wydanie, Kraków 2008.

14. M. Handke, M. Sitarz, E. Długoń, J. Mol. Struct. 993 (2011) 193.

15. M. Sitarz, W. Jastrzębski, P. Jeleń, E. Długoń, M. Gawęda, Spectrochim. Acta Part A 132 (2014) 884.

16. A. Pimenta, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus, L. G. Cançado, A. Jorio, R. Saito, Phys. Chem. Chem. Phys. 9 (2007) 1276.

17. T. Kokubo, H. Takadam, Biomaterials 27(2006) 2908.