Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék
Kolloidkémia Csoport
A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar és az MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet létrehozták az MTA MFA-ban, dr. Volk János vezetésével a közös Kémiai Nanoszerkezetek Laboratóriumot és ezzel párhuzamosan a BME VBK Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék keretében, dr. Hórvölgyi Zoltán vezetésével a Szol-Gél Folyamatok Laboratóriumot A két laboratórium egymást kiegészítő kutatási-oktatási tevékenységének szinergizmusára épít. A KNL és az SZGFL tudományos tevékenységét a kémiai (szol-gél, kolloidika, atomi rétegleválasztás) bevonatok és az MTA MFA integrált mikro-, ill. nanotechnológia lehetőségeinek összekapcsolásával definiálandó kutatási témákra kívánja összpontosítani.
Az atomi rétegleválasztás egy rétegről-rétegre építkező kémiai módszer, mellyel ¬ nanométer pontossággal kontrollált vastagságú egykristályos (ALE, Atomic Layer Epitaxy), polikristályos vagy amorf bevonatok választhatók le. Az egymás után felépülő, önszerveződő atomi rétegek a telített felület által vezérelt kémiai reakciók eredményeképpen képződnek. A reakció hőmérsékletének pontos beállításával elérhető, hogy a vegyületek nem kondenzálódnak vagy bomlanak a felületen, hanem kemiszorpcióval kötődnek meg. A filmvastagság a reakció-ciklusok számával szabályozható. A rétegről-rétegre történő bevonatnövelés lehetővé teszi az anyag megváltoztatását minden lépés után. Az eljárás segítségével leggyakrabban leválasztott anyagok: HfO2 elektronikai alkalmazásokhoz, fém-oxidok és –nitridek (ZnO, TiO2, WNx, Al2O3) kedvező elektromos és mechanikai tulajdonságaik miatt. Az ALE eljárás egyik fő előnye, hogy a kívánt réteg konformálisan választható le, akár erősen strukturált felületekre is.
A munka célja, hogy a nedves kémiai úton előállított részecskék felületét néhány atomi réteggel bevont fém-oxid réteggel módosítsuk. Ez a felületi réteg, az alkalmazástól függően, egyaránt lehet passziváló réteg (pl. Al2O3 bevonat ZnO nanoszálon) vagy egy funkcionális bevonat (pl. TiO2 SiOx nanogömbön).
A nanoszerkezetű halmazok speciális (pl. optikai és elektromos) tulajdonságai egyrészt nanostrukturáltságnak, másrészt az építőkövek, a nanorészecskék egyedi tulajdonságainak köszönhető. Számos esetben a nanorészecskék előnyös tulajdonságainak kialakítása (funkcionalizálása) a részecskék módosításával biztosítható. A részecskék bevonása például kémiailag különböző anyaggal mag-héj típusú részecskéket eredményez. A héjszerkezetű kompozit részecskékben előnyösen ötvöződnek az egyedi komponensek tulajdonságai, mely lehetővé teszi szélesebb körben való felhasználásukat. A héjszerkezetű kompozit részecskék a modern anyagtudomány fejlődésével egyre nagyobb szerephez jutnak elektromágneses és optikai alkalmazásokban (pl. “band gap engineering”). Sok esetben a részecskék felületének speciális molekulákkal történő módosítása, bevonása (kémiai felületmódosítás) hozza meg a kívánt eredményt a különböző orvosdiagnosztikai, szenzorikai alkalmazásokban.
A munka célja az, hogy új tulajdonságú, funkcionalizált nanorészecskéket állítsunk elő nedves kémiai eljárásokkal, és általánosítható ismereteket nyerjünk a részecskék különböző típusú módosításának folyamatáról, valamint a befolyásoló paraméterek pontos szerepéről.
A preparatív munka eredményeit nagyműszeres vizsgálatokkal (pásztázó- és transzmissziós elektronmikroszkópia, atomi erők mikroszkópiája, filmmérleg, optikai spektroszkópia, ellipszometria, stb.) ellenőrizzük. Megvizsgáljuk az előállított anyagok felhasználásának lehetőségét fotovoltaikus és fotokatalatikus készülékekben.
