Granty řešené v současné době v naší skupině

  • Mikro- a nanokrystalické materiály s vysokým podílem rozhraní pro moderní strukturní aplikace, biodegradabilní implantáty a uchovávání vodíku
    GAČR, projekt P108/12/G043
    Mikrokrystalické a nanokrystalické (mc/nc) materiály hrají klíčovou úlohu v budoucích technologiíxch, kde budou vystaveny zvýšenému působení napětí, teploty či tlaku. Základním předpokladem pro jejich úspěšné využití je inovativní a multidisciplinární výzkum zaměřený na vysvětlení chování těchto materiálů v extrémních podmínkách. Smyslem projektu je posunout hranice poznání mc/nc materiálů vývojem nových struktur na bázi kovových materiálů cílenou kontrolou v mikrostrukturním měřítku a jejich pokročilou charakterizací pomocí pozitronové anihilační spektroskopie, 3D elektronové/iontové tomografie a energiově filtrované elektronové mikroskopie. Sdílením těchto metod spolu s řadou klasických charakterizačních technik lze docílit průlomu potřebného pro budoucí aplikace. Projekt je zaměřen na intenzívní plastickou deformaci obtížně tvářitelných slitin, práškovou metalurgii, uchovávání vodíku, in situ nanomechanické testování malých vzorků (např. mikro-, nanopilary), vlastnosti biodegradabilních slitin a stabilizaci hranic zrn in situ nanočásticemi.
  • Studium defektů v ikosaedrálních fázích v Mg slitinách
    GAČR, projekt P108/10/0648
    Kvazikrystaly vykazují jedinečný typ uspořádané struktury bez translační symetrie. V nedávné době byly kvazikrystalické fáze s ikosaedrální strukturou nalezeny v některých Mg slitinách. Lze očekávat, že v kvazikrystalech existují speciální typy defektů, které se jinak v Mg slitinách nevyskytují. Cílem navrhovaného projektu je detailní charakteristika těchto defektů ve vybraných Mg slitinách. Budou studovány: (i) defekty uvnitř kvazikrystalických precipitátů a (ii) defekty na rozhraní precipitátů s Mg matricí. V druhé části projektu bude použita silná plastická deformace k dosažení rovnoměrné disperze jemných částic kvazikrystalické fáze v Mg matrici. Hlavní metodou použitou pro studium defektů je pozitronová anihilační spektroskopie (PAS), která představuje nedestruktivní techniku s vysokou citlivostí na defekty a s rozlišením na „atomární úrovni.“ PAS bude kombinována s TEM, metalografií, difrakcí rtg. záření, rezistometrií a měřením tvrdosti. Očekáváme, že výsledky získané v tomto projektu osvětlí typ a konfiguraci defektů v kvazikrystalických fázích v Mg slitinách. Informace o defektech v ikosaedrálních fázích je důležitá nejen pro pochopení fyzikálního mechanismu vzniku této neobyčejné struktury, ale také pro další vývoj lehkých Mg slitin.
  • Výzkum bodových defektů v ZnO a studium jejich interakce s vodíkem a dusíkem
    GAČR, projekt P108/11/0958
    V navrhovaném projektu bude proveden komplexní výzkum bodových defektů v ZnO. Jako hlavní metoda pro studium defektů bude použita pozitronová anihilační spektroskopie (PAS) včetně využití svazku pomalých pozitronů s laditelnou energií. PAS výsledky budou interpretovány pomocí nejmodernějších ab-initio teoretických výpočtů. V projektu bude provedeno srovnání defektů v ZnO monokrystalech a epitaxních a nanokrystalických tenkých vrstvách ZnO. Studium defektů bude doprovázeno výzkumem elektrických (teplotně závislý Hallův jev, transientní spektroskopie hlubokých hladin) a optických (fotoluminiscence, optická propustnost) vlastností s cílem najít spojitost mezi typem a konfigurací defektů a elektrickými a optickými vlastnostmi ZnO vzorků. V navrhovaném projektu bude dále studována interakce vodíku a dusíku s bodovými defekty a vliv vodíku a dusíku na elektrické a optické vlastnosti ZnO. V rámci řešení projektu bude vyrobena nová UHV komora pro depozici tenkých vrstev ZnO spojená přímo se svazkem pomalých pozitronů s laditelnou energií. Tato konfigurace umožní PAS měření tenkých vrstev in-situ přímo během depozice. Tím získáme vynímečnou příležitost studovat vznik defektů a zabudování vodíku a dusíku do ZnO struktury během růstu tenké vrstvy.
  • Vliv substitučních příměsí a hranic zrn na vlastnosti nanokrystalických materiálů na bázi oxidu zirkonu
    GAČR, projekt P108/11/1396
    Je navrhováno systematické experimentální i teoretické studium mikrostruktury řady nanomateriálů na bázi oxidu zirkonu, od nanoprášků po nanokeramiky získávané spékáním. Projekt se zaměří na defekty malých rozměrů, hranice zrn a nanopóry. Zahrnuje studium čistého oxidu zirkonu a řady binárních a ternárních tuhých roztoků na bázi ZrO2: vysokoteplotní fáze stabilizované Y2O3 a dopované Cr, Fe, Mn a některými vzácnými zeminami, ZrO2 stabilizované CaO a MgO. Základní experimentální technikou bude pozitronová anihilační spektroskopie doplněná měřeními TEM, rentgenové difrakce a spektrometrie fotoelektronů. Očekávaným přínosem projektu je hlubší pochopení vlastností studovaných materiálů na základě mikrostrukturních údajů, které přispěje k vývoji materiálů splňujících požadavky konkrétních aplikací.
  • Vlivy jádra a povrchu nanozrn na strukturní a fyzikální vlastnosti materiálů na bázi železa připravených mletim a mechanickým legováním
    GAČR, projekt P108/11/1350
    Předmětem navrhovaného projektu je prohloubení znalostí o vztahu struktury a vlastností nano-prášků připravených mletím a mechanickým legováním. Originální přístup bude založen na systematickém studiu struktury jádra a povrchu nanozrn. Hlavní pozornost bude věnována tvorbě defektů v povrchu nanozrn a vlivu různých plynů (O2, N2, H2, Ar) a jednotlivých mletých komponent na strukturu jader a povrchů nanozrn v návaznosti na vlastnosti výsledných materiálů na bázi železa. Kombinace Mössbauerovy spektroskopie citlivé na mikrostrukturu a pozitronové anihilace citlivé na defekty, které budou doplněny dalšími experimentálními metodami, např. TEM, HREM, (HR)SEM, XRD, DSC a magnetickými měřeními, je zárukou získání nových a cenných informací. Následné žíhání a sledování změn strukturních a fyzikálních vlastností přispěje k rozšíření dosažených výsledků a k predikci možných modifikací připravovaných materiálů zaměřených na optimalizaci jejich magnetického chování.
  • Vliv vodíku na tvorbu defektů v paladiu při silné plastické deformaci
    Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy České Republiky
    projekt LH12173
    V navrhovaném projektu plánujeme vyrobit nanokrystalické materiály pomocí silné plastické deformace (SPD). Během posledních 10 let bylo jasně prokázáno, že SPD aplikovaná vhodným způsobem vede k extrémnímu zjemnění velikosti zrn a vzniku nanokrystalické struktury. Největšího zjemnění velikosti zrn bylo dosaženo metodou torzní deformace za vysokého tlaku (HPT = high pressure torsion) [10], která umožňuje připravit ultra jemnozrnné materiály se střední velikostí zrn ~ 100 nm. Výhodou HPT techniky je že umožňuje vytvoření objemových materiálů s nanokrystalickou strukturou (tedy nikoliv prášků). Narozdíl od nanoprášků připravených energetickým mletím neobsahují nano-materiály vyrobené technikou HPT žádnou porozitu ani plynné nečistoty.
    Metoda HPT vede k vytvoření vysoké koncentrace defektů (hranic zrn, dislokací a vakancí) v deformovaném materiálu. Domníváme se, že nanokrystalické materiály připravené metodou HPT budou vykazovat velmi příznivé vlastnosti pro uchovávání vodíku a to z následujících důvodů:
    1. typickou vlastností materiálů připravených metodou HPT je vysoká objemová frakce hranic zrn, které obsahují volné objemy a jsou schopny absorbovat mnohem více vodíku než perfektní krystalická mříž. Důsledkem je tedy zvýšení celkové absorpční kapacity materiálu.
    2. Hustá síť hranic zrn a vysoká hustota dislokací zvyšuje difuzivitu vodíku což vede k urychlení kinetiky absorpce a desorpce.
    Jako vhodný materiál pro výzkum plánovaný v tomto projektu bylo vybráno paladium (Pd). Fázový diagram systému Pd-H je jednoduchý a chování vodíku (včetně difúze) v konvenčním polykrystalickém Pd je velmi dobře známé, protože Pd je určitě vůbec nejvíce prostudovaným materiálem ve spojení s vodíkem. Pd je tedy ideální modelový systém pro studium vlivu defektů a nanokrystalické struktury na absorpci a desorpci vodíku. Výzkum mikrostuktury a interakce vodíku s defekty bude prováděn metodou pozitronové anihilační spektroskopie (PAS), která představuje unikátní nedestruktivní techniku s velmi vysokou citlivostí umožňující charakterizaci defektů na atomární úrovni.
    Výzkum v navrhovaném projektu bude prováděn podle následujícího výzkumného plánu:
    1. příprava nanokrystalických vzorků Pd metodou HPT
    2. charakterizace mikrostruktury a defektů ve vzorcích nanokrystalického Pd
    3. výzkum absorpce a desorpce vodíku v nanokrystalickém Pd, dopování vodíkem bude prováděno jak elektrochemicky, tak dopováním z plynné fáze, tj. umístěním vzorku do vodíkové atmosféry
    4. vyhodnocení vlivu nanokrystalické struktury a vysoké hustoty defektů na chování vodíku, srovnání s konvenčním polykrystalickým Pd a vyjasnění fyzikálních mechanismů ovlivňujících chování vodíku v nanokrystalickém Pd
    5. HPT deformace vzorku Pd dopovaného vodíkem s cílem zjistit vliv vodíku přítomného ve vzorku na defekty vznikající při plastické deformaci. Velmi pravděpodobně dochází k záchytu vodíku v dislokacích a tím ke snížení jejich mobilty. Materiál deformovaný v přítomnosti vodíku je výrazně křehčí a v důsledku nakupení dislokací může být metodou HPT dosaženo větší redukce velikosti zrn. Pokud by se tento pozitivní vliv vodíku na zjemnění mikrostruktury metodou HPT potvrdil jednalo by se o významné technologické vylepšení přípravy nanokrystalických materiálů.