Interdyscyplinarne Środowiskowe Studia Doktoranckie "Fizyczne, Chemiczne i Biofizyczne Podstawy Nowoczesnych Technologii i Inżynierii Materiałowej " (FCB) – dr Juliusz Kuciakowski
Tytuł projektu
Interdyscyplinarne Środowiskowe Studia Doktoranckie "Fizyczne, Chemiczne i Biofizyczne Podstawy Nowoczesnych Technologii i Inżynierii Materiałowej " (FCB) – dr Juliusz Kuciakowski
Nazwa Beneficjenta/Beneficjentów
Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków
Nazwa programu
Program Operacyjny Wiedza Edukacja Rozwój
Konkurs
Interdyscyplinarne Środowiskowe Studia Doktoranckie "Fizyczne, Chemiczne i Biofizyczne Podstawy Nowoczesnych Technologii i Inżynierii Materiałowej
Wartość projektu
10123883 zł na 75 beneficjentów
Wartość dofinansowania
134895 zł na jednego doktoranta
Okres realizacji projektu
od 1.09.2017 r. do 31.08.2022 r. (przedłużony do 31.10.2023)
Poznaj nasz zespół
Zespół Materiałów Funkcjonalnych i Nanomagnetyzmu w holu Akademickiego Centrum Materiałów i Nanotechnologii Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie. Nazwiska członków zespołu patrząc od lewej:
-dr inż. Joanna Stępień,
-mgr inż. Wojciech Salamon,
-mgr inż. Juliusz Kuciakowski,
-dr Sylwia Klejna,
-dr inż. Katarzyna Berent,
-dr inż. Aleksandra Szkudlarek,
-mgr inż. Krzysztof Pitala,
-dr hab. inż. Marcin Sikora, prof. AGH (promotor doktoranta),
-mgr Elżbieta Trynkiewicz,
-dr hab. inż. Angelika Kmita, prof. AGH (opiekun pomocniczy),
-dr Vitaliy Bilovol.
Zespół badaczy podczas eksperymentu synchrotronowego na linii ID26 Europejskiego Centrum Badań Synchrotronowych (ESRF) w Grenoble. Od lewej:
-dr hab. inż. Marcin Sikora, prof. AGH,
-mgr inż. Juliusz Kuciakowski,
-dr Sara Lafuerza, pracownik badawczy linii ID26 ESRF,
-prof. Dorota Koziej, Uniwersytet w Hamburgu,
-mgr inż. Krzysztof Pitala,
-dr hab. inż. Angelika Kmita, prof. AGH,
-dr Philippe Jager.
Zobacz efekt naszej pracy
Grafika prezentująca część badań i ich wyniki.
Referat wygłoszony na 11-stej edycji międzynarodowej konferencji o magnetyzmie drobnych cząstek odbywającej się w Japonii (The 11th International Conference on Fine Particle Magnetism, Yokohama, 2022).
Jaki problem rozwiązuje nasz projekt?
Praca doktorska obejmowała badania ferrytów w formie nanocząstek. Ferryty są najczęściej wykorzystywanymi materiałami magnetycznymi ze względu na stosunkowo silny magnetyzm i ich tani koszt. W formie nanocząstek ferryty mogą osiągnąć stan superparamagnetyczny, tj. zanika w nich koercja magnetyczna i mogą zostać przemagnesowane bez strat energetycznych, a więc mają potencjał do zwiększenia wydajności urządzeń wykorzystujących zjawiska elektromagnetyczne. Dodatkowo są badane pod kątem stworzenia nowej klasy silnych i trwałych magnesów bez wykorzystania pierwiastków ziem rzadkich. Ze względów na małe rozmiary i możliwość modyfikacji powierzchni oraz wnętrza cząstek, mogą także zostać wykorzystane w medycynie do dostarczania leków i badań z wykorzystaniem zewnętrznego pola magnetycznego kontrolującego lokalizację cząstek w organizmie. Te i inne aplikacje wymagają precyzyjnej kontroli wytwarzania i właściwości cząstek. Projekt polegał na zastosowaniu najnowszych technik badawczych rozwijanych w ośrodkach synchrotronowych do zbadania syntezy nanocząstek magnetycznych, aby określić rozwój struktury i magnetyzmu w czasie wzrostu cząstek. Badania potwierdziły dużą czułość metody i możliwość rozróżnienia zmian strukturalnych i magnetycznych względem pierwiastków i rodzajów jonów w strukturze. Zostały zbadane syntezy magnetytu oraz ferrytu kobaltowego z podziałem na określenie zmian strukturalnych, zmian w otoczeniu jonów żelaza i kobaltu i zmian magnetycznych. Został potwierdzony brak szczególnych wymagań w odniesieniu do formy i przygotowania próbki, co jest wielką zaletą metody i zwiększa zakres układów jakie mogą zostać poddane badaniom. Postęp w technikach oraz zbieranie i analizowanie wyników pozwala na doskonalenie wiedzy podstawowej o zjawiskach obecnych w nanoskali oraz w szczególności o podstawach nanomagnetyzmu, co pozwala na lepsze projektowanie i kontrolę wytwarzania nanocząstek o pożądanych właściwościach.
Kto skorzysta z wyników projektu?
Badania podczas trwającej syntezy są szczególnie wymagające ze względów technologicznych, ale pozwalają na uzyskanie unikalnych informacji o procesach fizycznych i chemicznych. Technika RIXS-MCD została skutecznie użyta do badań biegnącej reakcji, podczas syntezy nanocząstek magnetycznych, co daje nadzieję na realizację innych ambitnych projektów, jak np. badanie wieloetapowych reakcji w miniaturowych układach typu lab on a chip. Osiągnięcia projektu otwierają możliwości badań różnorodnych reakcji pod względem ich przebiegu oraz korelacji właściwości chemicznych, strukturalnych i magnetycznych nanomateriałów w roztworach. Dzisiaj pozwoliły na uzyskanie wyników dla wybranych, popularnych materiałów, a w przyszłości mogą być wykorzystane do optymalizacji wielkoskalowych procesów syntezy nanomateriałów magnetycznych np. do zastosowań technicznych lub biomedycznych.
Co było dla nas największym wyzwaniem w realizacji projektu?
Największym wyzwaniem było przygotowanie do pionierskich eksperymentów synchrotronowych oraz analiza danych. Przygotowanie eksperymentu wymagało możliwie szerokiego i szczegółowego zbadania syntezy w laboratorium dla różnych warunków, aby zmaksymalizować prawdopodobieństwo sukcesu dla szansy ofiarowanej przez Europejskie Centrum Badań Synchrotronowych. Dla każdej z ponad 30 syntez zmierzonych w ośrodku synchrotronowym trzeba było przeanalizować po kilkadziesiąt widm spektroskopowych dla różnych pierwiastków i w różnych zakresach energii, a ze względu na brak tego typu badań, metody przetwarzania danych oraz programy obliczeniowe musiały zostać przygotowane do tego celu własnoręcznie. Realizacja obu tych aspektów wiele korzysta na skoordynowanych działaniach badaczy zajmujących się technikami eksperymentalnymi i obliczeniami teoretycznymi z kilku dziedzin: chemii, fizyki oraz inżynierii materiałowej.
Nasza rada dla innych Wnioskodawców
Zadbać o elastyczność wydawania środków.