Działalność naukowo-badawcza prowadzona w ramach grupy „Jonika Ciała Stałego” dotyczy syntezy i badań i optymalizacji właściwości fizykochemicznych materiałów, głównie tlenkowych wykazujących określone właściwości elektryczne, katalityczne, chemiczne, w tym w szczególności wysokie przewodnictwo jonowe. Badania te są ukierunkowane na poszukiwanie istotnych korelacji pomiędzy składem chemicznym, składem fazowym, strukturą krystalograficzną, strukturą defektów oraz mikrostrukturą, a właściwościami funkcjonalnymi otrzymywanych materiałów, w tym właściwościami elektrycznymi i transportowymi oraz odpornością chemiczną otrzymywanych materiałów.
Badane układy obejmują w szczególności materiały:
1) na osnowie związków o strukturze perowskitu ABO3, w tym materiałów kompozytowych, o kontrolowanej strukturze krystalograficznej, strukturze defektów, mikrostrukturze, wykazujących przewodnictwo protonowe w zakresie średnich i wysokich temperatur,
2) tlenki proste i złożone, w tym także w postaci cienkich warstw lub materiałów typu „core-shell” do konstrukcji czujników gazów – potencjometrycznych i półprzewodnikowych,
3) kompozytowe, w tym układy węgiel-tlenek metalu; jako materiały elektrodowe przeznaczone do konstrukcji ogniw glinowo-jonowych lub superkondensatorów,
4) Inne materiały przeznaczone głównie do zastosowań w urządzeniach do konwersji energii: materiały termoelektryczne (Mg2Si, Cu2S), czy materiały o właściwościach katalitycznych (oparte głównie o LaFeO3).
Prowadzone badania są ściśle osadzone w realiach praktycznych i dotyczą możliwości zastosowania opracowywanych materiałów do konstrukcji różnych urządzeń elektrochemicznych w obszarach przetwarzania energii i pozyskiwania informacji: ogniw paliwowych, ogniw elektrochemicznych, układów termoelektrycznych, układów do magazynowania energii elektrycznej (superkondensatorów), czujników gazów, elektrolizerów wysokotemperaturowych czy membran do konstrukcji reaktorów do specyficznych syntez organicznych.
W ramach prowadzonych badań rozwijane są zarówno metody otrzymywania materiałów jak i techniki badania ich właściwości, w tym głównie właściwości elektrycznych i sensorowych.
ZESPÓŁ
Kierownik zespołu:
Prof. dr hab. inż. Paweł Pasierb (ORCID)
Członkowie zespołu:
dr Łukasz Łańcucki (ORCID)
dr inż. Paweł Nieroda (ORCID)
Doktoranci
mgr inż. Magda Mączka (ORCID)
mgr inż. Sherly Novia Sari ORCID)
Magistranci (2020-2021):
inż. Michał Kisielewski
inż. Anna Waszczuk
APARATURA
Laboratoria zespołu wyposażone są w nowoczesny sprzęt do badania właściwości elektrycznych, metodami stałoprądowymi (w tym do wyznaczania charakterystyk sensorów gazowych) i metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej EIS w kontrolowanych atmosferach gazowych i temperaturach oraz do syntezy różnych materiałów (np. metodą SPS).
Aparatura badawcza obejmuje m.in.:
- Skomputeryzowany układ do pomiarów właściwości elektrycznych i charakterystyk sensorowych składający się z:
- toru pomiarowego w skład którego wchodzą źródło prądowo-napięciowe Keithley SMU 2420, systemu przełączania Keithley 7001 z dedykowanymi kartami, elektrometru Keithley 6517A, multimetrów cyfrowych HP (Agilent) 34401A, zintegrowanego kartą GPIB i oprogramowaniem,
- uchwytów próbek wraz z piecami, zapewniającymi pomiary w funkcji składu atmosfery gazowej i temperatury,
- układu dozowania gazów opartego o przepływomierze masowe MKS Instruments.
- Układ do pomiarów techniką elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej, składający się z analizatora odpowiedzi częstotliwościowej FRA 1260, interfejsu dielektrycznego 1260 oraz interfejsu elektrochemicznego (potencjostatu/galwanostatu) 1287, firmy Solartron wraz z oprogramowaniem CorrWare, Corrview, ZPlot, Zwiew firmy Scribner Asc., itd.
- Układ do pomiarów elektrochemicznych przy wykorzystaniu różnych technik (cykliczna woltamperometria, pomiary galwano- i potencjo- statyczne, itd.), w oparciu o miernik SMU Keithley 2460,
- Głowicę Probostat wraz z zestawami uchwytów pomiarowych do pomiarów właściwości elektrycznych i elektrochemicznych w różnych konfiguracjach, firmy Norecs AS,
- Układ do syntez materiałów przy użyciu techniki SPS (Spark Plasma Sintering) – projekt i realizacja: dr inż. Paweł Nieroda
- Urządzenia do syntezy materiałów i przygotowania próbek, w tym m.in.: piece (Nabertherm, Czylok, inne) do pracy w max. 1700oC w kontrolowanej atmosferze gazowej, młynek planetarny Pulverisette 6 firmy Fritsch, szlifierki/polerki, piła diamentowa, suszarki i inny drobny sprzęt laboratoryjny.
PROJEKTY
(wybrane)
| NCN-SONATA | Kierownik: dr inż. Paweł Nieroda |
| Czas trwania: 7.2017-7.2021 | Numer projektu: 2016/23/D/ST8/00022 |
Synteza i optymalizacja właściwości transportowych nowych superjonowych materiałów termoelektrycznych na bazie Cu do konwersji energii cieplnej na energię elektryczną
| NCN-PRELUDIUM | Kierownik: dr inż. Katarzyna Silarska |
| Czas trwania: 7.2017-7.2019 | Numer projektu: 2016/23/N/ST8/00274 |
Modyfikacja właściwości fizykochemicznych BaCe(Y)O3
| NCN-OPUS | Kierownik: prof. dr hab. inż. Paweł Pasierb |
| Czas trwania: 12.2011-11.2014 | Numer projektu: 2011/01/B/ST5/06427 |
Kompozytowe ceramiczne przewodniki protonowe nowej generacji – mechanizm poprawy odporności chemicznej i wzrostu przewodnictwa elektrycznego
| NCBiR-INNOTECH | Kierownik: prof. dr hab. inż. Paweł Pasierb |
| Numer projektu: K1/IN1/25/153217/NCBR/12 |
Innowacyjna nieniszcząca metoda diagnostyki korozji konstrukcji żelbetowych
PATENTY
Kompozytowy ceramiczny przewodnik protonowy oraz sposób jego otrzymywania
P. Pasierb, R. Gajerski, M. Rękas
Patent RP PL 220301 B1
Udzielony 2014-12-17
Opublikowany 2015-10-30
Zgłoszenie nr P.395506 z dnia 2011-07-04
Sposób oceny prawdopodobieństwa obecności korozji w konstrukcjach żelbetowych i układ pomiarowy do oceny prawdopodobieństwa obecności korozji w konstrukcjach żelbetowych
R. Filipek, P. Pasierb, A. Lewenstam, J. Migdalski, A. Królikowska, L. Komorowski, S. Kaszuba, T. Plecha
Patent RP PL 420072 A1
Opublukowany 2018-07-02
Zgłoszenie nr P.420072 z dnia 2016-12-30
Przyrząd do elektrochemicznych pomiarów stanu zagrożenia korozją obiektów inżynieryjnych, zwłaszcza żelbetowych oraz sposób prowadzenia elektrochemicznych pomiarów stanu zagrożenia korozją obiektów inżynieryjnych, zwłaszcza żelbetowych
R. Filipek, P. Pasierb, A. Królikowska, L. Komorowski
Patent RP PL 420072 A1
Opublikowany 2018-07-02
Zgłoszenie nr P.420072 z dnia 2016-12-30
PRACE DOKTORSKIE
Katarzyna Silarska
Modyfikacja właściwości fizykochemicznych BaCe(Y)O3
obrona 2019 r.
Magdalena Osiadły
Modyfikacja właściwości wybranych tlenkowych przewodników protonowych
obrona 2013 r.
PRACE MAGISTERSKIE
2020 – Alfin Darari (stypendysta fundacji im. I. Łukasiewicza): „The influence of oxygen non-stoichiometry in SnO2 on the electrochemical performance of the supercapacitors at various cation electrolytes”
2019 – Amadeusz Popardowski: „Otrzymywanie i właściwości materiałów do konstrukcji superkondensatorów”
2018 – Jacek Koźmic: „Otrzymywanie i właściwości kompozytowych przewodników protonowych z układu BaZrO3-szkło Ba-Zr-Y-Si-P-O”
2017 – Mateusz Barczuk: „Konstrukcja i działanie ogniwa paliwowego opartego o wysokotemperaturowy ceramiczny przewodnik protonowy”
2017 – Magda Mączka: „Otrzymywanie i właściwości kompozytów tlenek metalu-węgiel i ich przydatność do konstrukcji ogniw glinowo-jonowych”
2014 – Inga Piecha: „Modyfikacja wybranych właściwości fizykochemicznych przewodników protonowych opartych o BaCeO3„
2012 – Barbara Dusza: „Zastosowanie przewodników protonowych do konstrukcji pompy wodoru”
2012 – Agata Cybura: „Modyfikacja właściwości fizykochemicznych przewodników protonowych typu ABO3„
2011 – Ewelina Skiba: „Materiały elektrodowe do konstrukcji potencjometrycznych sensorów wybranych gazów”
2011 – Małgorzata Trzęsiec: „Elektrolity stałe do konstrukcji potencjometrycznego sensora chloru”
2010 – Marta Janiga: „Elektrochemiczny sensor amoniaku”
2009 – Sylwia Janora: „Elektrochemiczny sensor chloru”
2009 – Agata Błach: „Elektrochemiczny czujnik amoniaku”
2008 – Kamila Frelik: „Potencjometryczny sensor metanu”
2005 – Anna Biernacka-Such: „Zastosowanie wybranych ceranów do konstrukcji czujników gazu”
PRACE INŻYNIERSKIE
2019 – Alfin Darari (stypendysta fundacji im. I. Łukasiewicza): „Optimization of materials for supercapacitor construction”
2018 – Dorota Zalas: „Otrzymywanie struktur typu core-shell metodą zol-żel”
2018 – Dawid Staśko: „Właściwości cienkich warstw PZT otrzymywanych metodą sol-gel”
2016 – Magda Mączka:”Właściwości strukturalne i elektryczne YBO3 modyfikowanego domieszką baru”
2015 – Tomasz Szumełda: „Zastosowanie wybranych tlenków metali przejściowych jako nośników katalizatorów metalicznych aktywnych w reakcjach uwodorniania”
2012 – Paweł Machay: „Właściwości fizykochemiczne wybranych fosforanów lantanowców”
2012 – Joanna Duraj: „Modyfikacja właściwości elektrycznych fosforanu lantanu”
2011 – Katarzyna Wodnicka: „Właściwości i zastosowania wybranych tlenkowych przewodników protonowych”
2011 – Magdalena Stępień: „Konstrukcja i mechanizm działania elektrochemicznych czujników chloru”
2008 – Łukasz Rycharski: „Potencjometryczne i amperometryczne czujniki gazów – materiały, zasada działania, zastosowania”
WSPÓŁPRACA
Zespół współpracuje w różnych obszarach z ośrodkami krajowymi i zagranicznymi, m.in. z Budapest University of Technology and Economics, Department of Inorganic and Analytical Chemistry, Węgry, Instytutem Fizykochemii i Katalizy PAN w Krakowie oraz z Wydziałem Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej AGH.