Obszar badań

Zespół ON2.4 w ramach swojej działalności skupia się na różnych obszarach badawczych, są to m.in.:

• Nanoproszki do zastosowań biomedycznych

Przedmiotem badań tego obszaru jest technologia wzrostu nanoproszków z tlenków metali (m.in. ZrO₂, ZnO) w tym domieszkowanych jonami ziem rzadkich oraz ich szczegółowa charakteryzacja. We współpracy z Wydziałem Weterynarii SGGW nanoproszki są badane pod względem zastosowań jako innowacyjne markery do diagnostyki i terapii m.in. chorób nowotworowych, jako znaczniki wykorzystywane do badania rezonansu magnetycznego, ale również jako medium transportujące leki do wybranych organów organizmu. Najnowszym kierunkiem badań jest zastosowanie nanoproszków jako dodatki, do tuszy, farb i lakierów nadające im właściwości antybakteryjne. Wyniki zostały przedstawione w wielu publikacjach i są przedmiotem wielu zgłoszeń patentowych, zostały również docenione na wielu targach innowacji poprzez różnego rodzaju nagrody.

• Biofunkcjonalne warstwy dla implantologii

Przedmiotem badań tego obszaru są warstwy na bazie tlenków metali osadzane metodą ALD (m.in. ZnO, ZrO₂). Tego typu warstwy mają ogromny potencjał zastosowania w implantologii jako powłoka ochronna przeciwdziałająca dyfuzji jonów z implantu do organizmu. Ponadto wykazują również działanie antybakteryjne jak i wspierające osteointegrację. Przedmiotem badań jest zarówno technologia wzrostu warstw, ich modyfikacja i charakteryzacja metodami fizyki doświadczalnej, jak i interakcja z biomaterią.

• Badania materiałów silnie skorelowanych

Materiały silnie skorelowane to układy materii skondensowanej, w których energia oddziaływań elektron-elektron jest znaczna i porównywalna z energią kinetyczną elektronu. Silne korelacje między elektronami przekładają się na niezwykle bogate i złożone zjawiska fizyczne. Przykładami egzotycznych zjawisk, które odkryto w takich układach, są wysokotemperaturowe nadprzewodnictwo w związkach tlenków miedzi, a ostatnio w pniktydach i chalkogenidach na bazie żelaza, czy też kolosalny magnetoopór w manganitach. Konkurujące ze sobą oddziaływania przy uwzględnieniu ładunkowych, spinowych, orbitalnych i sieciowych stopni swobody tworzą złożone diagramy fazowe, w których współistnieje wiele faz o różnych podstawowych stanach elektronowych. Fazy te zwykle wykazują różne właściwości magnetyczne, elektryczne lub termiczne. Takie układy można przełączać pomiędzy różnymi fazami poprzez domieszkowanie lub niewielkie zmiany parametrów zewnętrznych, takich jak temperatura, pole magnetyczne czy ciśnienie. Możliwość dostrajania właściwości fizycznych pozwala na zastosowanie tych materiałów w nowoczesnej elektronice.

W szczególności, badane są metody wzrostu cienkich warstw epitaksjalnych różnych tlenków oraz struktur nadprzewodnik /ferromagnetyk, a także przeprowadzane są badania mechanizmów nadprzewodnictwa za pomocą wprowadzania domieszek, badania właściwości materii wirowej w nadprzewodnikach, przejść nadprzewodnik-izolator oraz własności mikrofalowych warstw.

• Struktury tlenkowe dla fotowoltaiki

Członkowie zespołu ON2.4 opracowali kilka istotnych innowacji ukierunkowanych dla przemysłu fotowoltaicznego. Jednym z kluczowych obszarów badań jest optymalizacja warstw ZnO domieszkowanych glinem jako przezroczysta i przewodząca elektroda, które mogą być stosowane w różnych generacjach ogniw fotowoltaicznych (krzemowe, organiczne, perowskitowe). Pracownicy zespołu opracowali również trójwymiarową przezroczystą elektrodę, która składa się z nanosłupków ZnO (wytwarzanych metodą hydrotermalną) pokrytych warstwami ZnO:Mg oraz ZnO:Al, która charakteryzuje się bardzo chropowatą powierzchnią, dzięki czemu ilość odbitego światła jest nawet niższa niż w przypadku strukturyzowanych ogniw krzemowych. Na bazie tej elektrody powstała również propozycja uproszczonej komórki krzemowej, której technologia wytwarzania omija wysokotemperaturowe, kosztowne i niebezpieczne procesy przy produkcji. Rozwiązania te są przedmiotem całej serii publikacji i patentów oraz otrzymały liczne nagrody na targach innowacji.

• Warstwy CuO do zastosowań elektronicznych

W ramach prac zespołu opracowano innowacyjną metodę wzrostu warstw tlenku miedzi II z roztworu wodnego. Technologia ta jest niezwykle prosta, szybka i nie wymaga wykorzystania zaawansowanej aparatury. Otrzymane warstwy są przedmiotem intensywnej charakteryzacji właściwości fizycznych. Wykazują one właściwości memrystorowe, dlatego są obecnie badane pod względem zastosowania w elektronicznych komórkach pamięci.

• Funkcjonalne warstwy tlenkowe

Metoda ALD (Atomic Layer Deposition) pozwala na uzyskiwanie różnych warstw tlenkowych (m.in. ZnO, Al₂O₃, ZrO₂, MgO, Ga₂O₃, TiO₂, HfO₂ oraz warstwy wieloskładnikowe). W ramach prac członkowie zespołu opracowali warstwy o różnych funkcjonalnościach, m.in. antybakteryjne, hydrofobowe, antykorozyjne, wzmacniające odporność mechaniczną czy wzmacniającą własności termoizolacyjne szyb.

• Nanosłupki ZnO otrzymywane metodą hydrotermalną

Opracowana technologia wzrostu nanosłupków ZnO z roztworu wodnego jest niezwykle prosta, szybka i nie wymaga zastosowania wyrafinowanej aparatury. Pozwala na wzrost nanosłupków na dużych powierzchniach niemal na dowolnym podłożu, a otrzymywane nanosłupki charakteryzują się niezwykle wysoką jakością krystalograficzną. Potencjał aplikacyjny takich nanostruktur zademonstrowano w krzemowych ogniwach fotowoltaicznych (nanosłupki były partnerem typu n i częścią trójwymiarowej elektrody) oraz w konstrukcji oporowego detektora światła ultrafioletowego charakteryzującym się znacznie większą czułością niż w przypadku komercyjnie stosowanych detektorów. Nanosłupki ZnO są w dalszym ciągu przedmiotem badań, za równo w kwestii poznania ich właściwości, jak i dalszych prac aplikacyjnych.