Pobierz opis

MGR INś. TOMASZ NORBERT KOŁTUNOWICZ
Katedra Urządzeń Elektrycznych i TWN
Wydział Elektrotechniki i Informatyki
Politechnika Lubelska
E-mail: [email protected]
Tel.: 81 538 47 13
Temat pracy doktorskiej
Badania wpływu procesów technologicznych na właściwości elektryczne
nanostruktur wytwarzanych technikami jonowymi
Od 2004 roku zatrudniony jestem na stanowisku asystenta w Katedrze Urządzeń
Elektrycznych i Techniki Wysokich Napięć Wydziału Elektrotechniki i Informatyki Politechniki
Lubelskiej.
W czerwcu 2007 roku Rada Wydziału Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Lubelskiej
podjęła uchwałę w sprawie wszczęcia mojego przewodu doktorskiego oraz zaakceptowała
temat rozprawy: „Badania wpływu procesów technologicznych na właściwości elektryczne
nanostruktur wytwarzanych technikami jonowymi” wyznaczając promotorem dr hab. Pawła
śukowskiego, prof. nadzw. PL, Kierownika Katedry Urządzeń Elektrycznych i Techniki
Wysokich Napięć Politechniki Lubelskiej.
Charakterystyka pracy doktorskiej
By móc konkurować z firmami z innych regionów kraju i zagranicy istnieje konieczność
prowadzenia prac mających na celu doprowadzenie do wzrostu innowacyjności z zakresu
nowych technologii. Podniesienie konkurencyjności branŜy elektrotechnicznej i elektronicznej
moŜe nastąpić dzięki nowoczesnym rozwiązaniom technicznym w tym technologiom
jonowym.
Realizacja załoŜonych celów rozprawy doktorskiej ma za zadanie podwyŜszenie poziomu
technologicznego firm branŜy elektrotechnicznej i elektronicznej, dzięki zastosowaniu
nowoczesnych technologii jonowych do budowy warstw aktywnych czujników wielkości
fizycznych (czujniki temperatury, częstotliwości i inne).
W wielu ośrodkach naukowych na całym świecie prowadzone są bardzo intensywne
badania nad nanomateriałami w nadziei, Ŝe zrewolucjonizują one wiele dziedzin Ŝycia.
O nanokompozytach myśli się jako o potencjalnych materiałach na nośniki danych z duŜą
gęstością zapisu (1 Terabit / cal2), czy teŜ katalizatorach czyli materiałach zdolnych do
oczyszczania środowiska naturalnego. DuŜe nadzieje wiąŜe się takŜe z zastosowaniem
nanocząsteczek we współczesnej medycynie, np. w terapii przeciwnowotworowej, gdzie
mogłyby mieć one zastosowanie jako: bioczujniki – do wykrywania określonego rodzaju
biomolekuł, nośniki leków, bioznaczniki nowotworu w terapii fotodynamicznej, czy teŜ jako
środki kontrastowe w tomografii komputerowej i obrazowaniu rezonansu magnetycznego.
Wytwarzaniem materiałów, których składowe strukturalne są zbliŜone do wymiarów
nanometrowych (nanomateriały) oraz badaniem ich właściwości elektrycznych,
magnetycznych, mechanicznych i innych zajmują się zespoły badawcze w większości
państw wysokorozwiniętych. Jednym z najbardziej perspektywicznych kierunków badań są
materiały, w których nanocząsteczki metali znajdują się w matrycy z materiału izolacyjnego.
Nanomateriały o strukturze metal – dielektryk mogą znaleźć szerokie zastosowanie
w technice. Materiały o takiej budowie wykazują właściwości półprzewodnikowe,
a jednocześnie są znacznie tańsze. Materiały te wykazują ciekawe właściwości optyczne
i magnetooptyczne, a takŜe duŜą magnetorezystywność. Istnieje moŜliwość sterowania
rezystywnością w bardzo szerokim zakresie. Posiadają duŜą światłoczułość oraz wysokie
współczynniki pochłaniania mikrofal elektromagnetycznych oraz ogromną ujemną
magnetorezystywność, co pozwala na wykorzystanie tych nanomateriałów jako materiały
słuŜące do wyrobu głowic magnetycznych do nagrywania i odtwarzania informacji. Poza tym
szereg nanomateriałów posiada wysokie właściwości mechaniczne i podwyŜszoną
odporność na korozję.
Obecnie wiele uwagi poświęca się stopom amorficznym na bazie Ŝelaza i kobaltu
(CoFeZr)x + (Al2O3)1-x, które składają się z metalicznych granulek o nanorozmiarach,
przypadkowo rozmieszczonych w przestrzeni dielektryka. Posiadają one niezwykłe
właściwości elektryczne, magnetyczne, optyczne i magneto-optyczne. Istotną bardzo waŜną
cechą tych nanokompozytów jest ich zdolność do zmiany rezystywności w szerokim zakresie
oraz duŜa absorpcja promieniowania elektromagnetycznego w wysokich i skrajnie wysokich
częstotliwościach.
Celem rozprawy doktorskiej jest ustalenie wpływu warunków wytwarzania nanostruktur
i wybranych procesów technologicznych na właściwości elektryczne nanomateriałów
(Co0,45Fe0,45Zr0,10)x + (Al2O3)1-x oraz opracowanie i weryfikacja doświadczalna modelu
przenoszenia ładunków w wytworzonych nanostrukturach.
Nanocząsteczki stopu Co0,45Fe0,45Zr0,10 rozmieszczonych losowo w matrycy dielektrycznej
Al2O3. Wybór stopu metalicznego o podanym powyŜej składzie pozwala za pomocą
amorfizującego
dodatku
Zr
na
stabilizację
amorficznej
struktury
materiału
ferromagnetycznego CoFe. Matrycę Al2O3 wybrałem ze względu na jej wysoką stabilność
w szerokim zakresie temperatur.
Istniejący stan wiedzy w zakresie tematu rozprawy doktorskiej moŜna ocenić na
podstawie analizy literatury światowej. Po jej dokonaniu stwierdzam, Ŝe prowadzone
aktualnie prace koncentrują się na badaniu właściwości elektrycznych takich kompozytów
przy uŜyciu prądu stałego w temperaturze pokojowej.
Z dostępnej literatury dotyczącej badań właściwości elektrycznych i magnetycznych
nanomateriałów (CoFeZr)x + (Al2O3)1-x wynika, Ŝe zaleŜą one w sposób istotny od zawartości
stopu metalicznego x oraz od składu atmosfery, w której odbywa się rozpylanie jonowe
(czysty argon lub mieszanka argon + tlen). Dodatkowe utlenianie powoduje wzrost progu
perkolacji z x ≈ 0,46 do x ≈ 0,55 oraz przejście od stanu ferromagnetycznego do
superparamagnetycznego.
Zaproponowany zakres prac nad rozprawą doktorską:
• wytworzenie nanostruktur (kropek kwantowych) w materiałach (CoFeZr)x+(Al2O3)1-x
metodą rozpylania jonowego w atmosferze czystego gazu szlachetnego lub
z domieszką tlenu;
• zbadanie ich właściwości elektrycznych przy uŜyciu prądu zmiennego w zakresie
częstotliwości od 50 Hz do 5 MHz w temperaturach od 77 K (temperatura ciekłego
azotu) do 373 K;
• ustalenie wpływu częstotliwości prądu zmiennego z przedziału od 50 Hz do 5 MHz na
zmiany właściwości elektrycznych badanych materiałów;
• ustalenie wpływu wygrzewania nanomateriałów w temperaturach od 373 K do 1173 K
na zmiany ich właściwości elektrycznych;
• opracowanie modelu przenoszenia ładunków w nanostrukturach i jego weryfikacja
doświadczalna;
• wybór nanomateriałów przydatnych do budowy czujników;
• opracowanie zgłoszeń patentowych na zastosowanie nanomateriałów w czujnikach.
Podczas pracy nad rozprawą doktorską prowadzę wspólne badania i regularne
konsultacje ze specjalistami ze światowych ośrodków zajmujących się wytwarzaniem
i pomiarami właściwości elektrycznych, magnetycznych i optycznych nanokompozytów
metal-dielektryk (prof. Aleksander K. Fedotov, prof. Anis M. Saad, prof. Fadei F. Komarov).
Do chwili obecnej na podstawie wykonanych badań opracowałem i opublikowałem jako
autor bądź współautor:
• 13 artykułów z listy A Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa WyŜszego – „Czasopisma
wyróŜnione w Journal Citation Reports” (tzw. lista filadelfijska);
• 5 artykułów z listy B MNiSW – „Pozostałe czasopisma zagraniczne i czasopisma
polskie”;
• 1 zgłoszenie patentowe;
• 17 artykułów zaprezentowanych na konferencjach międzynarodowychi opublikowanych
w materiałach tychŜe konferencji.