Nr wniosku: 217025, nr raportu: 18704. Kierownik (z rap.): mgr

Nr wniosku: 217025, nr raportu: 18704. Kierownik (z rap.): mgr Natalia Anna Woźnica
Celem projektu było określenie struktury wybranych materiałów węglowych. Badane były materiały takie jak grafen,
koksy i węgle aktywne otrzymane z sacharozy i celulozy.
Grafen jest cieniutką warstewką grafitu zbudowaną z atomów węgla ułożonych w strukturze zwanej plastrem miodu.
Długo grafen był jedynie konceptem wykorzystywanym do opisu innych materiałów. Dopiero w 2004 Geim i Novoselov
pokazali, że materiał ten można uzyskać i jest on stabilny. Znajduje on zastosowanie jako przeźroczyste elektrody, w
ultraczułych sensorach oraz w nowoczesnych materiałach kompozytowych. Niestety ciągle pozostaje wyzwaniem
uzyskanie dużych ilości perfekcyjnego grafenu.
Węgle aktywne to materiały mające bardzo dobrze rozwiniętą powierzchnię właściwą. Mogą one posiadać powierzchnię
równą boisku piłkarskiemu przy masie zaledwie 3.5g (17.5 karata). Dla porównania różowy diament w broszce królowej
Elżbiety II waży 23.6 karata. Już Hippokrates i starożytne papirusy egipskie wspominały o medycznym zastosowaniu
węgla aktywnego. Do dziś stosujemy je jako lek na zatrucie pokarmowe, czy w procesie dializy wątrobowej. Intensywne
badania są prowadzone w kierunku ich wykorzystania w superkondensatorach czy przy przechowywaniu wodoru.
Aby uzyskać informacje o strukturze badanych materiałów wykorzystano kilka technik badawczych w powiązaniu z
symulacjami komputerowymi. To innowacyjne podejście zaowocowało doskonałymi rezultatami.
Wysoko-rozdzielcza transmisyjna mikroskoskopia elektronowa pozwoliła na uzyskanie obrazów próbek z rozdzielczością
bliską atomowej. Obrazy te zasugerowały jak może wyglądać badany materiał, nie pozwoliły jednak na rozróżnienie
poszczególnych atomów czy dokładne policzenie warstw. Wyniki takich pomiarów są silnie związane z fragmentem
badanej próbki.
Pomiary spektroskopii Ramanowskiej są czułe na stopień uporządkowania struktury materiału oraz pozwalają wyznaczyć
przybliżoną średnicę warstw. Także ta technika dostarcza informacji lokalnej, zależnej od miejsca pomiaru.
Wykorzystane metody dyfrakcyjne pozwoliły na uzyskanie informacji o większej objętości próbki. W celu analizy danych
dyfrakcyjnych niezbędne było porównanie otrzymanych danych z wynikami symulacji komputerowych. Dane te
dostarczają uśrednioną informację o spójnie rozpraszających obszarach. Aby uzyskać pełniejszy obraz badanych
materiału została przeprowadzona dyfrakcja zarówno promieni X jak i neutronów. Bazując na wynikach z Ramanowskich
i mikroskopii elektronowej zostały komputerowo wygenerowane modele strukturalne które następnie zostały porównane z
danymi dyfrakcyjnymi. Dzięki temu uzyskano informację o średniej ilości warstw w badanym materiale ich średnicę oraz
możliwe defekty występujące w warstwach.
Uzyskana w ten sposób wiedza o tym czy i jakie defekty znajdują się w otrzymanym materiale jest bardzo ważna gdyż
wpływają one znacząco na właściwości materiału. To właśnie one sprawiają, że grafen jest tak interesującym materiałem.
Dzięki tej wiedzy można będzie ulepszać technologię uzyskiwania tego materiału. Również w przypadku węgli
aktywnych znajomość struktury jest istotna. Dzięki połączeniu jej z wiedzą o procesie syntezy materiału będzie można
lepiej dostosować otrzymywany produkt do aktualnych potrzeb np. uzyskać filtry dla konkretnych rozmiarów molekuł
czy zmienić pojemność kondensatora lub udoskonalić zdolność do przechowywania wodoru.