Mikroanaliza i modyfikacja materiałów. Zakład Reakcji Jądrowych P-IP Zakład Modyfikacji Materiałów P-IXP

Mikroanaliza i Mikroanaliza i

modyfikacja materiałów modyfikacja materiałów

Zakład Reakcji Jądrowych P Zakład Reakcji Jądrowych P - - I I

Zakład Modyfikacji Materiałów P

Zakład Modyfikacji Materiałów P - - IX IX

I. Mikroanaliza I. Mikroanaliza

Zakład Reakcji Jądrowych P Zakład Reakcji Jądrowych P--II

Pracownia Mikroanalizy Jądrowej Pracownia Mikroanalizy Jądrowej

Prof. dr hab. Andrzej

Prof. dr hab. Andrzej TurosTuros Dr Lech

Dr Lech NowickiNowicki Dr Anna

Dr Anna StonertStonert Mgr Renata

Mgr Renata RatajczakRatajczak Mgr Karolina

Mgr Karolina PągowskaPągowska InŜ. GraŜyna

InŜ. GraŜyna Kelasz Kelasz MscMsc ShaabanShaaban AbdAbd El AalEl Aal

• Akcelerator elektrostatyczny „Lech” typu Van de Graaffa 3 MV, z wiązką ⁴He⁺, H⁺, o energii 1-2 MeV oraz 3-osiowy goniometr próŜniowy

• Akcelerator słuŜący pierwotnie fizyce jądrowej został zaadaptowany do badań materiałowych dla metod RBS/kanałowania, NRA i PIXE

Aparatura Aparatura

Akcelerator elektrostatyczny „Lech”

• Mikroanaliza jądrowa materiałów przy wykorzystaniu metod:

- RBS/kanałowania

- NRA (Nuclear Reaction Analysis)

• Badania profili rozkładów pierwiastków w warstwie przypowierzchniowej materiałów

• Badania jakości krystalograficznej monokryształów i heterostruktur oraz rozkładów defektów

• Badania strukturalne monokryształów i heterostruktur przy uŜyciu kanałowania jonów

• Badania krystalochemii strukturalnych pochodnych UO₂

• Modyfikacja polimerów za pomocą wiązki jonów

Tematyka

Tematyka

Modyfikacja polimerów za Modyfikacja polimerów za

pomocą wiązek jonowych pomocą wiązek jonowych

UHMWPE

Steel

UltraHighMolecularW^eightP^olyEthylene

Number of H atoms released from the 100 nm depth interval located at the given depth for UHMWPE samples bombarded with three different doses of 130 keV He ions (left hand

scale). For comparison LET (electronic stopping power) and density of displaced atoms (damage) as calculated using the SRIM code are also shown

Depth distributions of oxygen for 2 bombardment fluences measured after first exposal to the air, and after storage in the air at RT for 6 months and 2 years

Microhardness of LDPE and UHMWPE as a function of He-ion bombardment fluence

0.01 1 10 100

twardość [GPa]

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

dawka x 10¹⁴ jonów He / cm²

0.01 1 10 100 1000

LDPE UHMWPE

Siła nacisku = 300 µµµµN Siła nacisku = 1000 µµµµN

Fluence [10¹⁴ at/cm²]

Hardness

Load = 300 µµµµN Load = 1000 µµµµN

Nanohardness

Nanohardness

Badania ukierunkowane są na zastosowania w:

technologii materiałów półprzewodnikowych dla elektroniki (lasery, diody)

technologii ceramik

technologii stali (stale azotowane)

energetyce jądrowej (badanie wypalonego paliwa jądrowego)

naukach biomedycznych (badanie polimerów – sztuczne stawy)

archeologii (zabytki staroegipskie i starokoptyjskie)

Obszary zastosowań

Obszary zastosowań

W latach 2000

W latach 2000--2006 powstało ponad 100 publikacji.2006 powstało ponad 100 publikacji.

W roku 2001 obroniono rozprawę doktorską.

W roku 2001 obroniono rozprawę doktorską.

Nagroda Instytutu IPJ za wybitne osiągnięcia w roku Nagroda Instytutu IPJ za wybitne osiągnięcia w roku

2006 dla

2006 dla drdr LechaLecha NowickiegoNowickiego za prace na temat za prace na temat struktury tlenku uranu.

struktury tlenku uranu.

Osiągnięcia

Osiągnięcia

 Institute of Ion Beam Physics and MaterialsInstitute of Ion Beam Physics and Materials Research

Research, , ForschungszentrumForschungszentrum Dresden, Dresden, Rossendorf

Rossendorf, , NiemcyNiemcy

 School of Physics, University ofSchool of Physics, University of HyderabadHyderabad, , Indie

Indie

 Centre de Centre de SpektrométrieSpektrométrie NucléaireNucléaire et de et de Spektrométrie

Spektrométrie de Massede Masse In2P3In2P3 –CNRS Orsay–CNRS Orsay, , France

France

 FayoumFayoum University, University, EgiptEgipt

 Institut für Festkörperphysik Friedrich Schiller Institut für Festkörperphysik Friedrich Schiller Universität, Jena,

Universität, Jena, NiemcyNiemcy

Współpraca

Współpraca zagraniczna zagraniczna

 Instytut Chemii i Techniki JądrowejInstytut Chemii i Techniki Jądrowej

 Instytut Technologii Materiałów ElektronicznychInstytut Technologii Materiałów Elektronicznych

 Instytut Technologii Elektronowej Instytut Technologii Elektronowej

 Instytut Wysokich Ciśnień Instytut Wysokich Ciśnień UnipressUnipress

 Wydział FizykiWydział Fizyki Uniwersytetu WarszawskiegoUniwersytetu Warszawskiego

Współpraca krajowa

Współpraca krajowa

II. Modyfikacja materiałów II. Modyfikacja materiałów

(Zakład Modyfikacji Materiałów P

(Zakład Modyfikacji Materiałów P--IX)IX) (przed reorganizacją w styczniu 2001

(przed reorganizacją w styczniu 2001 -- Zakład Zakład Fizyki i Technologii Detektorów)

Fizyki i Technologii Detektorów)

Kierownik: Doc. dr Zbigniew Werner Kierownik: Doc. dr Zbigniew Werner

ZZ-ca kierownika: Dr inŜ. Władysław Szymczyk-ca kierownika: Dr inŜ. Władysław Szymczyk Pracownia Modyfikacji Materiałów

Pracownia Modyfikacji Materiałów Wiązkami Jonowymi

Wiązkami Jonowymi Doc. dr Zbigniew Werner

Doc. dr Zbigniew Werner -- Kierownik PracowniKierownik Pracowni Dr hab. Jacek Jagielski

Dr hab. Jacek Jagielski Dr inŜ. Marek Barlak Dr inŜ. Marek Barlak

Mgr inŜ. Katarzyna Bocheńska Mgr inŜ. Katarzyna Bocheńska

Technolog Jerzy Zagórski Technolog Jerzy Zagórski

II. Modyfikacja materiałów II. Modyfikacja materiałów

(Zakład Modyfikacji Materiałów P

(Zakład Modyfikacji Materiałów P--IX)IX) Pracownia Modyfikacji Materiałów Wiązkami Pracownia Modyfikacji Materiałów Wiązkami

Plazmowymi

Plazmowymi (badania wspólne z Zakładem P(badania wspólne z Zakładem P--V)V) Prof. dr hab. Jerzy

Prof. dr hab. Jerzy PiekoszewskiPiekoszewski –– Kierownik PracowniKierownik Pracowni Dr inŜ. Władysław Szymczyk

Dr inŜ. Władysław Szymczyk St. mistrz Andrzej

St. mistrz Andrzej GrajdaGrajda technolog Jerzy Królik

technolog Jerzy Królik

Sekretariat: Mgr inŜ. Katarzyna Bocheńska Sekretariat: Mgr inŜ. Katarzyna Bocheńska

W IPJ zainicjowano unikalne w skali światowej W IPJ zainicjowano unikalne w skali światowej

wykorzystanie impulsowych generatorów plazmy do wykorzystanie impulsowych generatorów plazmy do

chwilowego przetapiania i domieszkowania materiałów.

chwilowego przetapiania i domieszkowania materiałów.

Unikalne generatory plazmy typu dział prętowych

Unikalne generatory plazmy typu dział prętowych -- Zakład Zakład PP--V:V:

-- energia impulsu 1-energia impulsu 1-10 J/cm10 J/cm²²,, -- czas impulsu rzęduczas impulsu rzędu

mikrosekund, mikrosekund,

-- plazma gazowa,plazma gazowa,

-- impuls niesie energięimpuls niesie energię i materiał osadzany.

i materiał osadzany.

Aparatura Aparatura

Działo prętowe

Implantator

Implantator półprzemysłowy półprzemysłowy do implantacji gazów:

do implantacji gazów:

-- 90 keV,90 keV,

-- 1 mA1 mA prądu wiązki.prądu wiązki.

Implantator

Implantator TITAN do TITAN do implantacji metali:

implantacji metali:

-- 80 80 kVkV,, -- 5 mA5 mA..

Aparatura

Aparatura

Tematyka Tematyka

Doświadczenia nad syntezą Doświadczenia nad syntezą warstw nadprzewodzących warstw nadprzewodzących MgBMgB₂₂ przez implantację Mg przez implantację Mg

do B lub B do Mg i do B lub B do Mg i

przetopienie impulsowe lub przetopienie impulsowe lub

wygrzanie w piecu.

wygrzanie w piecu.

Uzyskano temperaturę Uzyskano temperaturę

przejścia Tc=33,8 K.

przejścia Tc=33,8 K.

Przykład wyniku pomiaru nadprzewodnictwa

Modyfikacja powierzchni materiałów ceramicznych celem Modyfikacja powierzchni materiałów ceramicznych celem uzyskania poŜądanej adhezji z metalami, w szczególności uzyskania poŜądanej adhezji z metalami, w szczególności

miedzi z ceramiką węglową i węglikową.

miedzi z ceramiką węglową i węglikową.

Badania te stwarzają perspektywy włączenia się do Badania te stwarzają perspektywy włączenia się do

programów związanych z budową reaktora termojądrowego programów związanych z budową reaktora termojądrowego

ITER.

ITER.

Publikacje, w przygotowaniu rozprawa habilitacyjna.

Publikacje, w przygotowaniu rozprawa habilitacyjna.

IBIS

Tematyka Tematyka

Zmiana zwilŜalności powierzchni SiC

Tematyka Tematyka

Nowy model akumulacji defektów oparty o załoŜenie Nowy model akumulacji defektów oparty o załoŜenie

kolejnych przemian strukturalnych wyzwalanych kolejnych przemian strukturalnych wyzwalanych

niestabilnością struktury materiału wywołaną przez niestabilnością struktury materiału wywołaną przez

nagromadzone defekty.

nagromadzone defekty.

Badania polimerów do zastosowań biomedycznych i Badania polimerów do zastosowań biomedycznych i

specjalnych

specjalnych -- modyfikacje twardości, odporności na modyfikacje twardości, odporności na zuŜycie, współczynnika tarcia, zwilŜalności i adhezji.

zuŜycie, współczynnika tarcia, zwilŜalności i adhezji.

Badanie mechanizmu przewodnictwa elektrycznego Badanie mechanizmu przewodnictwa elektrycznego

w szafirze implantowanym jonami metali

w szafirze implantowanym jonami metali -- badania badania podstawowe.

podstawowe.

Pierwsze eksperymenty, dotyczące formowania złącz Pierwsze eksperymenty, dotyczące formowania złącz

fotowoltaicznych p+

fotowoltaicznych p+-n w krzemie (gaz roboczy BF-n w krzemie (gaz roboczy BF₃₃ –– domieszkowanie borem) i n+

domieszkowanie borem) i n+-p (gaz roboczy-p (gaz roboczy

PFPF₅₅ –– domieszkowanie fosforem) wytworzonych w czasie 1 domieszkowanie fosforem) wytworzonych w czasie 1 µs. Sprawność około 13% .

µs. Sprawność około 13% . Publikacje, doktorat.

Publikacje, doktorat.

Następnie objęto badaniami Następnie objęto badaniami

metale i ceramiki…

metale i ceramiki…

Prezentacja modułu fotowoltaicznego

Osiągnięcia

Osiągnięcia

Odkryto moŜliwość formowania fazy Odkryto moŜliwość formowania fazy

rozszerzonego austenitu FCC w rozszerzonego austenitu FCC w

Ŝelazie i stalach w wyniku działania Ŝelazie i stalach w wyniku działania

impulsów plazmy azotowej.

impulsów plazmy azotowej.

Obecność tej fazy w stalach Obecność tej fazy w stalach

nierdzewnych powoduje poprawę nierdzewnych powoduje poprawę

właściwości

właściwości zuŜyciowychzuŜyciowych bez bez pogarszania właściwości

pogarszania właściwości antykorozyjnych.

antykorozyjnych.

Publikacje, doktorat.

Publikacje, doktorat.

Osiągnięcia Osiągnięcia

Przykład widm Möusbauera

Osiągnięcia Osiągnięcia

Impulsowe formowanie stopów powierzchniowych Impulsowe formowanie stopów powierzchniowych --

warstwy antykorozyjne dla technologii oczyszczania spalin warstwy antykorozyjne dla technologii oczyszczania spalin

przez wiązkę elektronową (usuwanie

przez wiązkę elektronową (usuwanie NONO_xx i SOi SO₂₂).).

Po modyfikacji powierzchni folii Ti impulsami plazmy Pd lub Po modyfikacji powierzchni folii Ti impulsami plazmy Pd lub

po impulsowym wtopieniu naniesionych warstw Pd, skali po impulsowym wtopieniu naniesionych warstw Pd, skali

laboratoryjnej uzyskano 100

laboratoryjnej uzyskano 100-krotne podwyŜszenie -krotne podwyŜszenie odporności na działanie kwasu siarkowego.

odporności na działanie kwasu siarkowego.

Współpraca z

Współpraca z TheThe UniversityUniversity ofof Manchester: projekt Manchester: projekt Copernicus

Copernicus i 2 doktoraty w Anglii.i 2 doktoraty w Anglii.

Implantowane warstwy podwyŜszające odporność na Implantowane warstwy podwyŜszające odporność na

zuŜycie w narzędziach i częściach maszyn.

zuŜycie w narzędziach i częściach maszyn.

Częściowe wdroŜenie w

Częściowe wdroŜenie w NSK-NSK-Kielce.Kielce.

Publikacje, doktorat.

Publikacje, doktorat.

Osiągnięcia Osiągnięcia

Przykład implantowanych noŜy kształtowych

Perspektywy Perspektywy

Fizyka i inŜynieria materiałowa naleŜą do najszybciej Fizyka i inŜynieria materiałowa naleŜą do najszybciej

rozwijających się dziedzin nauki w ciągu ostatnich 25 lat.

rozwijających się dziedzin nauki w ciągu ostatnich 25 lat.

Wynika to z potrzeb wynikających z:

Wynika to z potrzeb wynikających z:

-- ochrony środowiska naturalnego,ochrony środowiska naturalnego,

-- poszanowania energii i oszczędności zasobów poszanowania energii i oszczędności zasobów naturalnych,

naturalnych,

-- obniŜania kosztów wytwarzania,obniŜania kosztów wytwarzania,

-- poprawy jakości wyrobów przemysłowych.poprawy jakości wyrobów przemysłowych.

Perspektywy Perspektywy

W Zakładzie P

W Zakładzie P--IX przewiduje się prowadzenie prac IX przewiduje się prowadzenie prac związanych z:

związanych z:

-- nanoszeniem nadprzewodzących ścieŜek metodą FIB nanoszeniem nadprzewodzących ścieŜek metodą FIB ((FocusedFocused IonIon BeamBeam),),

-- syntezą stopów nadprzewodzących,syntezą stopów nadprzewodzących,

-- perspektywicznymi materiałami dla perspektywicznymi materiałami dla ITER’aITER’a -- kompozyty kompozyty cermika

cermika--metal,metal,

-- perspektywicznymi materiałami dla perspektywicznymi materiałami dla FEL’aFEL’a ((FreeFree ElectronElectron Laser

Laser) ) -- implantowane fotokatody.implantowane fotokatody.

Współpraca zagraniczna Współpraca zagraniczna

INSTITUTE OF ION BEAM PHYSICS AND MATERIALS INSTITUTE OF ION BEAM PHYSICS AND MATERIALS

RESEARCH,

RESEARCH, ForschungszentrumForschungszentrum DresdenDresden, , RossendorfRossendorf (FZR) (FZR) Niemcy:

Niemcy:

-- implantacja jonów z separacją mas,implantacja jonów z separacją mas,

-- badania profili implantowanych metodą RBS (Rutherford badania profili implantowanych metodą RBS (Rutherford Backscattering

Backscattering).).

THE UNIVERSITY OF MANCHESTER,

THE UNIVERSITY OF MANCHESTER, CorrosionCorrosion andand Protection

Protection CentreCentre, , SchoolSchool ofof Materiale, Manchester, Anglia:Materiale, Manchester, Anglia:

-- badania korozyjne,badania korozyjne,

-- laserowe przetapianie impulsowe.laserowe przetapianie impulsowe.

Centre de

Centre de SpektrométrieSpektrométrie NucléaireNucléaire et de et de SpektrométrieSpektrométrie de de Masse

Masse In2P3In2P3 ––CNRS OrsayCNRS Orsay, France, France:: -- badania RBS.badania RBS.

Współpraca krajowa Współpraca krajowa

Instytut Chemii i Technik Jądrowej Instytut Chemii i Technik Jądrowej

Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych

Wydział InŜynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej Wydział InŜynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

Instytut Fizyki Molekularnej Polskiej Akademii Nauk Instytut Fizyki Molekularnej Polskiej Akademii Nauk

Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk

Pozastatutowe środki finansowe Pozastatutowe środki finansowe

Aktualnie:

Aktualnie:

2 projekty

2 projekty MNiSWMNiSW 1 grant AIM (UE) 1 grant AIM (UE)

1 dofinansowanie programu współpracy międzynarodowej 1 dofinansowanie programu współpracy międzynarodowej

1 wniosek na projekt badawczy zgłoszony do ostatniego 1 wniosek na projekt badawczy zgłoszony do ostatniego

konkursu

konkursu MNiSWMNiSW W okresie 2000

W okresie 2000--2006 Zakład opublikował łącznie2006 Zakład opublikował łącznie 92 publikacje.

92 publikacje.

Dziękuję za uwagę…

Dziękuję za uwagę…