Pracownia Zol-Żel

Od blisko 40 lat w Pracowni Zol-Żel prowadzone są prace naukowo- badawcze nad otrzymywaniem nowoczesnych materiałów ceramicznych przy zastosowaniu klasycznej metody zol-żel. Na przestrzeni lat zostały opracowane i opatentowane sztandarowe metody – Metoda ICHTJ (ang. ICHTJ Process) od nazwy Instytutu oraz Kompleksowa Metoda Zol-Żel (ang. Complex Sol-Gel Process – CSGP), które są stosowane w większości prowadzonych badań. Istotą metody CSGP jest zastosowanie czynnika kompleksującego będącego jednocześnie reduktorem – kwasu askorbinowego. Kwas askorbinowy posiada właściwości, które upraszczają proces zol-żel oraz poprawiają właściwości otrzymanych materiałów ceramicznych. Posiada on zdolność homogenicznego mieszania się z zolem i nie powoduje intensywnej redukcji jonów metali w warunkach prowadzenia procesu. Dzięki właściwościom kompleksującym ułatwia on także tworzenie sieci wiązań w żelu i stabilizuje kation metalu poprzez jego kompleksowanie, w wyniku czego zmniejsza się jego reaktywność. W przypadku syntezy układów wieloskładnikowych i ich różnic w szybkości hydrolizy, substrat ten nie powoduje przedwczesnego wytrącania się osadu. Ponadto, dzięki zastosowaniu kwasu askorbinowego można otrzymać zole askorbinowo-hydroksylowe praktycznie dla wszystkich kationów metali, nawet tych z 1 i 2 grupy układu okresowego, normalnie nietworzących zoli hydroksylowych. Metodę charakteryzuje także duża amorficzność tworzącego się żelu, wysoka zwilżalność i adherencja zoli. Ponadto, otrzymane proszki charakteryzują się bardzo dobrą spiekalnością w porównaniu z proszkami otrzymanymi klasycznymi metodami zol-żel oraz szeroką gamą możliwych do uzyskania kształtów: proszki o ziarnach nieregularnych oraz sferycznych (także pustych w środku), warstw na różnego rodzaju podłożach, włókien czy monolitów.

Materiały ceramiczne otrzymane w Pracowni znajdują zastosowanie w energetyce, elektronice, medycynie, motoryzacji, budownictwie i ochronie środowiska i należą do nich m.in.:

  • wysokotemperaturowe nadprzewodniki ceramiczne typu YBCO, BSCCO i ich modyfikacje,
  • materiały bioceramiczne oparte na bazie fosforanów wapnia (np. hydroksyapatyt) m.in. jako warstwy na endoprotezach stawu biodrowego otrzymywane poprzez natryskiwanie plazmowe,
  • materiały katodowe np. Li1Co1-yNiyO2 do baterii litowych i ogniw paliwowych. Dla tych ostatnich opracowano oryginalną metodę otrzymywania dużych (A4) katod Ni/NiO pokrywanych warstwą ochroną LiCoO2 lub/i LiMg0,05Co0,95O2.
  • materiały laserowe, domieszkowane Yb - KY(WO4)2, KY(WO4)2 + 1% mol Yb,
  • mikrosfery Y2O3 jako prekursor radiofarmaceutyku wykorzystywanego w terapii nowotworowej raka wątroby
  • i wiele, wiele innych.

W ostatnich latach badania w Pracowni koncentrowały się głównie nad otrzymywaniem materiałów ceramicznych dla energetyki jądrowej. Prace prowadzone były w ramach europejskiego 7 Programu Ramowego UE (EURATOM) – projektu Advanced fuelS for Generation IV reActors: Reprocessing and Dissolution (ASGARD) i skupiały się na:

  • opracowaniu fizyko-chemicznych metod wytwarzania paliw dla reaktorów III+ i IV generacji;
  • rozwoju technologii produkcji sferycznych paliw jądrowych – UO2 i UC – zawierających aktynowce mniejszościowe wydzielone z wypalonego paliwa jądrowego, w celu transmutacji jądrowej długożyciowych aktynowców do izotopów krótkożyciowych w reaktorach prędkich (IV generacji);

W ramach krajowego strategicznego projektu badawczego „Technologie wspomagające rozwój bezpiecznej energetyki jądrowej” prowadzono badania związane z tematyką:

  • rozwoju technologii produkcji spiekalnego UO2 w postaci paliw klasycznych (pastylki) i paliw sferycznych;
  • opracowaniu metod chemicznych wytwarzania prekursorów paliw mieszanych typu MOX oraz analizie możliwości stosowania różnego ich składu;
  • rozwoju technologii wykorzystania wyodrębnionych pierwiastków z wypalonego paliwa do wytwarzania matryc inertnych (stabilizowany ZrO2) w celu transmutacji długożyciowych produktów rozszczepienia oraz aktynowców w reaktorach prędkich oraz układach sterowanych akceleratorem (ADS);
  • rozwój nowoczesnych metod kondycjonowania i zestalania odpadów promieniotwórczych w szkłach krzemionkowych i ceramicznych matrycach na bazie tlenku tytanu
  • rozwoju technologii wykorzystania wyodrębnionych pierwiastków z wypalonego paliwa do wytwarzania prekursorów paliwa dla reaktorów nowej generacji – uranowe paliwa węglikowe i azotkowe.

Odzwierciedleniem wprowadzonych innowacyjności do metody zol-żel, a w szczególności kompleksowego procesu zol-żel – CSGP oraz procesu IChTJ są patenty przyznane w kraju jak i zagranicą. Uzyskano 16 patentów w Polsce i 9 zagranicą (UE, Ukraina, Białoruś, Rosja) oraz dokonano 8 zgłoszeń patentowych w kraju i 4 zagranicą (Francja, Niemcy, Wielka Brytania)

Rozwiązania patentowe były wielokrotnie nagradzane na Międzynarodowych Wystawach Innowacyjności m.in. Eureka (Bruksela), Archimedes (Moskwa), Salon International Des Inventions de Geneve (Genewa), International Warsaw Invention Show i wiele innych. Od 2000 roku Pracownia Zol-Żel otrzymała w sumie 24 nagrody, w tym : 7 złotych, 3 srebrne i 5 brązowych medali oraz 9 specjalnych wyróżnień

 

Zespół

dr inż. Marcin Brykała – kierownik pracowni
e-mail :
tel: 22 504 12 72
Researchgate  
LinkedIn

dr inż. Danuta Wawszczak
e-mail :
tel: 22 504 12 56

mgr Tadeusz Olczak
e-mail :
tel: 22 504 11 58

Technik Renata Laskowska
e-mail :
tel: 22 504 13 72

Technik Katarzyna Godlewska
e-mail :