|   Küldés emailben

SZAKÉRTELEMTÁR – Határfelületek és Felületmódosítás Osztály

Nagy teljesítménysűrűségű szuperkondenzátorok fejlesztése és elektrokémiai jellemzése 

Kapcsolattartó vezető kutatók: Nyikos Lajos, Felhősi Ilona, Marek Tamás

A kutatási téma nagy teljesítménysűrűségű szuperkondenzátorok fejlesztését és elektrokémiai jellemzését célozza meg. Szuperkondenzátorok elektródanyagaként tanulmányozzuk a különböző típusú, nagy fajlagos felületű szén-alapú rétegek, mint pl. vertikálisan rendezett szén nanocső (VA-CNT), aktivált szén vagy szénszövet elektrokémiai sajátságait. Széles feszültségstabilitásuk és a hidrofób felületek kiváló nedvesítése miatt elektrolitként elsősorban nem-vizes oldatokat, mint pl. szerves sók acetonitriles vagy propilén-karbonátos oldatait, valamint ionos folyadékokat alkalmazunk. A kutatási projekt magába foglalja többek között a következő feladatokat:

  • Speciális elektrokémiai teszt cellák fejlesztése
  • Laboratóriumi méretű zárt szuperkondenzátor összeszerelése gombelem típusú cellatokban
  • A szén-alapú elektródok teljes elektrokémiai jellemzése, mint pl. impedancia spektroszkópia, ciklikus voltammetria illetve galvanosztatikus módszerekkel
  • Szuperkondenzátor cellák optimalizálása nagy teljesítménysűrűségű alkalmazások céljára
  • Öregedési folyamatok és élettartam tanulmányozása galvanosztatikus ciklusstabilitási illetve kombinált termikus+ feszültségterheléses vizsgálatokkal.

A kutatást az EC FP7 támogatja az N2P projekt keretében (CP-IP 214134-2).

Pásztázó Elektrokémiai Mikroszkópia (PEKM, SECM )

Kapcsolattartó kutatók: Marek Tamás, Nyikos Lajos

A módszer központi eleme egy pozícionálható mikroelektród (ME), ami egy szilárd/folyadék vagy folyadék/folyadék határfelület feletti oldatba merül. A ME-on lejátszódó elektrokémiai reakció sebessége jelentősen megváltozik (nő vagy csökken), ha a ME annak átmérőjével összemérhető közelségbe kerül a felülettel. A változás iránya a felület jellegétől (vezető – szigetelő), nagysága a felülettől való távolságtól függ, ezzel számos probléma vizsgálat tárgyává tehető.

A módszer alapkísérletei:

  • A felület elektrokémiai aktivitásának vizsgálata mikroszkópikus méretekben:
    a ME felülethez való közelítése során mérhető áramerősség-változás a felület jellegétől függ.
  • Képalkotási feladatok: A felület felett állandó magasságban mozgatott ME-n mért áramerősségek a felület topológiáját és reaktivitását reprezentálják.

A kísérletek számos paramétere széles határokon belül megszabható, így a módszer alkalmazási területe igen tág. A ME méretével a térbeli felbontás (mikronos tartományban) választható ki, az elektroaktív oldat összetételével, a ME elektródpotenciáljával (referenciaelektródhoz és/vagy a felülethez képest) pedig a vizsgálni kívánt reakció.

Alkalmazási területek:

  • Felületi kinetikai vizsgálatok
  • Képalkotás
  • Elektrokatalitikus folyamatok vizsgálata
  • Korróziós vizsgálatok
  • Redox enzimek vizsgálata
  • Membrán transzportfolyamatok vizsgálata
  • Aktív felületmódosítás

Különleges tulajdonságú nano- és mikrorészecskék

Kapcsolattartó kutatók: Telegdi Judit, Szabó Tamás, Románszki Loránd

Az anyagtudományon belül munkacsoportunk elsősorban olyan nano- és mikrorészecskék szintézisével foglalkozik, amelyek alkalmasak arra, hogy rétegeknek különleges tulajdonságokat kölcsönözzenek.

  • öngyógyító mikrokapszulák: héj-mag szerkezetű gömbök, amelyek a héj külső (mechanikai, pH, hőmérséklet) hatásra bekövetkező felhasadása után a magban lévő hatóanyag a kívánt hatást fejti ki. A megoldandó feladat határozza meg a megfelelő mag és a héjanyagot. Munkánk részint gyorsan száradó polimerben szétoszlatott korrózió gátló anyagot tartalmazó nano- és mikrorészecskékre irányul, amelyeket festékekben alkalmazva öngyógyító hatást értünk el.
  • lassú kioldódást lehetővé tevő nano- és mikrogömböket, amelyek pórusos szerkezete lehetővé teszi a hatóanyag folyamatos kiáramlását. Ezt a megoldást elsősorban biolerakódás gátlására alakítottuk ki, sőt, kombináljuk korróziógátlással. A gömböket festékekbe keverve alkalmazzuk. Ez a technológia lehetővé teszi vízbe merülő testek (hajók, kikötők stb.) festési ciklusának lényeges meghosszabbítását.
  • hőtárolós mikrokapszulákat készítünk azzal a céllal, hogy érzékeny felszínek hőmérsékletét adott tartományban szabályozzuk. Ehhez a mikrokapszulába nagy látens hőkapacitású anyagot választunk.
  • molekuláris rétegeket (Langmuir-Blodgett és önszerveződő filmeket), amelyek képesek különböző külső káros hatásoktól a szilárd felszínt megvédeni.

Természetes anyagokra alapozott, biológiai hatással rendelkező anyagok

Kapcsolattartó kutató: Telegdi Judit

Természetes anyagból kiindulva, azonos és különböző monomerek felhasználásával oligo- és polimereket készítünk, amelyek például felszívódó, szövet kompatibilis kötöző anyagok előállítására alkalmasak.

Korróziós inhibitorok hatékonyságának vizsgálat a

Kapcsolattartó kutatók: Telegdi Judit, Románszki Loránd

Különböző, a gyakorlatban leginkább alkalmazott fémek (szénacél, rozsdamentes acélok, réz és ötvözetei, alumínium) esetében korrózió és biolerakódás vizsgálatokat folytatunk. Oldott és rétegben alkalmazott inhibitorok hatását vizsgáljuk. Molekulaszerkezet és hatása közötti összefüggéseket határozunk meg. Ezzel lehetővé válik hatékony adalékok kifejlesztése.

Biomimetikus határfelületi rétegek és mintázatok vizsgálata, enzimatikus folyamatok nyomon követésre történő alkalmazások kidolgozása

Kapcsolattartó kutató: Keresztes Zsófia

  • Önszerveződő elektroaktív rétegek kialakítása és bioszenzorikai alkalmazása
  • Definiált mintázattal rendelkező, több komponensű biomolekuláris rétegek kialakítása lágy litográfiás módszerekkel, a rétegek morfológiai és funkcionális jellemzése

A kutatások az OTKA PD100753 „ Biomimetikus nanoszenzorok alkalmazása proteolitikus folyamatok követésére” (2012-2014) pályázat keretében zajlanak.

Nanostruktúrált fémbevonatok kialakítása és alkalmazása szenzorikai célokra

Kapcsolattartó kutató: Keresztes Zsófia

Mikro- és nanostruktúrákon nemesfém bevonatok kialakítása galvanikus helyettesítés módszerével.

  • A rétegek morfológiai jellemzése (pásztázó elektronmikroszkópia, pásztázó alagútmikroszkópia, atomierő mikroszkópia).
  • A rétegek adhéziós tulajdonságainak vizsgálata (lefejtődési szilárdság).
  • A kialakított rétegek elektrokémiai minősítése.

A kutatásokat az EXCELL (2008-2011) NMP4-SL-2008-214706 „ Exploring cellular dynamics at nanoscale” pályázat támogatja.

Pásztázó tűszondás mikroszkópia alkalmazása anyagtudományi és biológiai vizsgálatokban

Kapcsolattartó kutatók: Keresztes Zsófia, Paszternák András

Felület morfológiai vizsgálatok pásztázó alagútmikroszkóp és atomierő mikroszkóp alkalmazásával. A pásztázó tűszondás mikroszkópok segítségével információ nyerhető határfelületek nanométer felbontású, illetve akár atomi szintű szerkezetéről is. A módszerek nem csak morfológiai vizsgálatra, hanem adott esetben felületek lokális módosítására is alkalmazhatóak.

Felületmódosított nemesfém nanorészecskék szenzorikai alkalmazása

Kapcsolattartó kutatók: Molnár Nikoletta, Nyikos Lajos

Hordozható, miniatűr szenzorokkal olyan analitikai feladatok elvégzését lehet megkönnyíteni és végrehajtani, amelyeket hagyományos laboratóriumi műszerezettséggel nehezen lehet megvalósítani, mivel túl hosszú a mérési idő vagy a laboratóriumban a készülékek miatt helyhez kötött a mérés. Szenzorok készítéséhez például kiválóan alkalmazhatóak nemesfém nanorészecskék is. A nedveskémiai eljárással előállított néhány nanométeres részecskéket különböző tiolvegyületekkel stabilizáljuk, majd egy vékony film formájában speciális mikroelektróda felületére visszük fel. Az így kapott szenzorok alkalmazhatóak kis koncentrációban (néhány ppm-től néhány száz ppm-ig) illékony szerves anyagok illetve oldószergőzök detektálására. Az így kapott szenzorokat sikeresen alkalmaztuk többek között a Honvédelmi Minisztériummal közös együttműködésben vegyi anyagok, robbanószerek, oldószergőzök elektrokémiai úton (impedancia spektroszkópia) történő detektálására.

Korszerű szervetlen nanoanyagok és rendszerek szintézise

Kapcsolattartó kutatók: Trif László, Nyikos Lajos

Új, speciális nanoszerkezetű, mágneses ferrit kerámia anyagokat (spinell, gránát, hexagonális) állítunk elő, különböző nedveskémiai (szol-gél, önégés, koprecipitáció, hidrotermális) eljárásokkal, melyek például álladó mágnesekként, mágneses árnyékoló anyagokként, a mikrohullámú hírközlésben, a gyógyászatban és az elválasztástechnikában alkalmazhatók. A mágneses anyagok mellett, ugyancsak nedveskémiai módszerekkel különböző „mag – héj” szerkezetű nanokompozitokat (Sb 2 O x /SnO 2 @TiO 2 ), nanorendszereket, bevonatokat (TiO 2 -al bevont többfalú szén nanocsövek) is előállítunk fotokatalízisben alkalmazható anyagokként. Felületmódosításokat végzünk a különböző anyagok közötti kompatibilitás megnövelése céljából. Eu 2+ és Dy 3+ -al adalékolt stroncium aluminát alapú szervetlen foszforeszcens anyagokat készítünk a festékipar számára, valamint a medicinában tumorok műtét előtti lokális jelzésére, vizualizálására. Kadmium-szulfid, kadmium-szelenid és telurid nanorészecskéket, nanorudakat és „kvantum dot”-okat szintetizálink korszerű, hajlékony folyadékkristályos (LCD) kijelzőkben való alkalmazásra.

Termoanalitikai laboratórium

Kapcsolattartó kutatók: Trif László, Nyikos Lajos

A laboratóriumban különböző szervetlen, szerves, illetve biológiai eredetű anyagok termikus paramétereinek vizsgálatára van lehetőség szobahőmérséklettől 1600 oC -ig. A vizsgálatok ellenőrzött és jól ismert körülmények között zajlanak, az inert atmoszférától (nagytisztaságú argon, nitrogén, hélium) az oxidatívon át (szintetikus levegő) a reduktív atmoszférákig (hidrogén-nitrogén elegy), melyek szabadon megválaszthatóak és programozhatóak a mérés időtartama alatt. A tömegváltozás mellett szükség szerint a különböző reakciókat kísérő entalpiaváltozással járó folyamatok mérésére szimultán diffeneciál termikus analízis (DTA), vagy nagy pontosságú differenciális pásztázó kalorimetriás (DSC) lehetőségek is rendelkezésre állnak. A hőmérséklet hatására lejátszódó égési, bomlási, pirolízis, szublimációs, stb. illékony légnemű termékek minőségi és mennyiségi változásait fejlődő-gáz analizátorral (Evolved Gas Analysis, tömegspektrométer) követjük.

Bővebb leírás itt található.

EQCM laboratórium

Kapcsolattartó kutató: Shaban Abdul

Az Elektrokémiai Kvarckristály Mikromérleg (EQCM) egy olyan mérési rendszer, amellyel követni lehet a rezgő kvarc egykristály felületén lévő munkaelektród nagyon kis tömegváltozását. A munkaelektród egy vékony fém filmréteg, amely a kvarc egykristály szelet egyik felére van rápárologtatva. Bármilyen tömegváltozás a munka elektródon megváltoztatja a kvarc kristály oszcillációs frekvenciáját. A berendezéssel (Elchema, EQCN-700) követni lehet az elektrokémiai és nem elektrokémiai, folyadékkal vagy gázzal töltött cellákban végbemenő effektív elektród tömegváltozásának tranziensét. A tömeg tranziens monitorozásával párhuzamosan, bármely típusú voltametrikus kísérletet egyidejűleg elvégezhető. Az EQCN-700 felbontása 0.01 Hz, amely körülbelül 0.01 ng tényleges tömegváltozásnak felel meg. A tömegmérések rendkívüli línearitása 100 µg-ig is kiterjed. Elektrokémiai mérések esetében egy potenciosztát/galvanosztát is alkalmazásra kerül. Jellemző felhasználási területek, amelyek a munkaelektród tömegváltozásával járó, detektálható frekvenciaváltozáshoz vezetnek: adszorpció/deszorpció, fém/ötvözet bevonat leválasztás, felületi oxidáció, korrózió és korrózióvédelem, heterogén polimerizáció, vezetőképes polimerek oxidációja/redukciója, gáz szenzorok, stb. A kvarc kristályok a mérések előtt polimerek, kompozitok, biomolekulák, baktériumok és élő sejtekből készült vékonyfilm bevonatokkal láthatók el. Ez korlátlan lehetőséget nyújt új gáz és biológiai szenzorok kifejlesztésében.

Elektrokémiai impedancia spektroszkópia (EIS) és azzal kapcsolatos módszerek

Kapcsolattartó kutatók: Pajkossy Tamás, Mészáros Gábor, Lendvayné Győrik Gabriella

EIS alkalmazása különböző elektrokémiai kinetikai kérdések megválaszolására (példák az utóbbi öt évből: az elektrokémiai kettősréteg és az adszorpciós folyamatok jellemzése platina-fémeken; fémek korróziós tulajdonságai, inhibitorok, konverziós rétegek, polimerbevonatok jellemzése)

Dielektromos spektroszkópia, Faraday-torzításos méréstechnikák

Elektrokémiai kinetikai elméleteink

Kapcsolattartó kutatók: Pajkossy Tamás, Mészáros Gábor

Zajanalízis és annak alkalmazása elektrokémiai kinetikai vizsgálatokhoz

Az elektródgeometria és az elektródkinetikai tulajdonságok kapcsolata; áramsűrűség-eloszlások, diffúziós terek számítása különböző geometriák esetére

Elektrokatalízis és korrózió

Kapcsolattartó kutató: Bakos István

Fémes és többfémes katalizátorok kifejlesztése; ezek jellemzése elektrokémiai módszerekkel; klórozott szénhidrogének katalitikus oxidációja

Kétfémes korrózió; katódos korrózióvédelem; a fémkorrózió és a fém katalitikus tulajdonságai közötti kapcsolat; fémadszorpció és kapcsolata a forrasztási és hegesztési technológiákhoz

Mérőeszközök és mérőmódszerek fejlesztése

Kapcsolattartó kutatók: Mészáros Gábor, Pajkossy Tamás

Elektrokémiai mérőeszközök kifejlesztése (példák az öt utóbbi évből: femtoamper érzékenységű bipotenciosztát nanoelektrokémiai vizsgálatokhoz; különböző árammérők kifejlesztése elektrokémiai pásztázó alagútmikroszkópokhoz; adatgyűjtők)

Különböző ipari-laboratóriumi mérőrendszerek összeállítása (példák az utóbbi öt évből: fém-halogén kisülőlámpák elektromos, optikai és spektroszkópiai ellenőrzését végző mérőrendszerek a GE Hungary részére)

Különböző ipari-laboratóriumi mérőrendszerek összeállítása (példák az utóbbi öt évből: fém-halogén kisülőlámpák elektromos, optikai és spektroszkópiai ellenőrzését végző mérőrendszerek a GE Hungary részére)