Najvýznamnejšie výsledky

Nové anorganické fosfory na báze hlinitanov vzácnych zemín pre aplikácie v LED diódach vyžarujúcich biele svetlo

Pripravené boli sklo-polykryštalické fosfory v sústavách Y2O3-Al2O3 a Y2O3-Al2O3-SiO2 dopované iónmi Ce3+-Mn2+/Mn4+ a Eu2+/Eu3+ vyžarujúce biele svetlo, so zvýšenou emisiou v červenej spektrálnej oblasti, po excitácii NUV žiarením. Ióny Ce3+ zabudované v YAG matrici vykazujú žlto-zelenú emisiu, zatiaľ čo ióny vo zvyškovej sklenej fáze modrú emisiu pri excitácii NUV žiarením. Tým možno riadenou kryštalizáciou pripraviť systém emitujúci biele svetlo. Veľmi sľubné výsledky poskytuje systém Y2O3-Al2O3 dopovaný Eu2+/Eu3+ iónmi (Obr.). Vzhľadom na prítomnosť oboch oxidačných stavov Eu v matrici (Eu2+ intenzívne emituje v oblasti 400-700 nm, Eu3+ typický emitér červeného svetla) možno dosiahnuť emisiu bieleho svetla, pričom  ladením vlnovej dĺžky excitujúceho žiarenia je možné efektívne zvýšiť podiel emisie červeného svetla vo výslednom bielom svetle. Nespornou výhodou je najmä využitie len jedného RE iónu v pomerne nízkej koncentrácii v matrici, na rozdiel od známych fosforov kde je na emisiu bieleho svetla nevyhnutná prítomnosť 2-3 rôznych RE iónov v jednej alebo viacerých fázach.

CIE 1931 farebné súradnice svetla emitovaného vzorkou skla a polykryštalického materiálu v sústave Y2O3-Al2O3 s eutektickým zložením dopovanej Eu2+/Eu3+ iónmi po excitácii NUV žiarením. Fotografie reprezentujú redukované alebo oxidované vzorky ožiarené UV svetlom pri 345 a 393 nm

Publikácie

  • PRNOVÁ, A. – KLEMENT, R. – BODIŠOVÁ, K. – VALÚCHOVÁ, J.GALUSEK, D. – BRUNEEL, E. – VAN DRIESSCHE, I. Thermal behaviour of yttrium aluminate glasses studied by DSC, high-temperature X-ray diffraction, SEM and SEM–EDS, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 128 (2017) 1407-1415. IF=1.953
  • PRNOVÁ, A. – PLŠKO, A. – VALÚCHOVÁ, J. – HALADEJOVÁ, K. – KLEMENT, R. – GALUSEK, D. Crystallization kinetics of glass microspheres with yttrium aluminium garnet (YAG) composition, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, (2017) in press, DOI: 10.1007/s10973-017-6690-9.
  • DRDLÍKOVÁ, K. – KLEMENT, R. – HADRABA, H. – DRDLÍK, D. – GALUSEK, D. – MACA, K. Luminescent Eu3+-doped transparent alumina ceramics with high hardness, Journal of European Ceramics Society 37 (2017) 4271-4277. IF: 3.411
  • DRDLÍKOVÁ, K. – KLEMENT, R. – DRDLÍK, D. – SPUSTA, T. – GALUSEK, D. – MACA, K. Luminescent Er3+-doped transparent alumina ceramics, Journal of European Ceramics Society 37 (2017) 2695-2703. IF: 3.411

 

Tepelná stabilita a štruktúrna korelácia oxo- a oxo-fluóro-hlinitanov draselných v systéme KF-Al2O3.

Uskutočnila sa komplexná štruktúrna a fázová analýza systému KF−Al2O3 (1). Metódou termickej analýzy sa zadefinovali fázové polia vo fázovom diagrame a identifikovali sa tuhé fázy, existujúce v skúmanom systéme. Systém reprezentuje stabilnú diagonálu kvartérneho systému KF–Al2O3–AlF3–K2O. Analýzy fázových polí ukázali prítomnosť veľkého množstva komplexných zložiek v systéme, a to K3AlF6, KAlF4, KAlO2, KAl9O14, KAl11O17 a K2Al2O3F2. Všetky uvedené zlúčeniny boli tiež pripravené v čistom stave. Vykonala sa ich štruktúrna charakterizácia v tuhom stave s použitím najnovších NMR techník, vrátane MQ-MAS a D-HMQC, ktoré poskytli nový a jasnejší pohľad na ich vzájomnú štruktúrnu koreláciu. Išlo o štruktúrnu podobnosť kovalentne viazaných FO2Al−O−AlO2F tetraédrov v štruktúre K2Al2O3F2 s usporiadním O3Al−O−AlO3 tetraédrov v štruktúre oxohlinitanu „mullitového“ typu, KAl11O17. Z analýzy jednotlivých fázových polí vyplýva aj vzájomné metastabilné správanie objavených zložiek v systéme.

Separácia 27Al a 19F NMR signálu čistého K2Al2O3F2 pomocou 27Al–19F D-HMQC HETCOR MAS NMR analýzy na vzorke zloženia 2KF/1Al2O3.

Publikácia

  • ŠIMKO, František – RAKHMATULLIN, Aydar – FLORIAN, Pierre – KONTRÍK, MartinKORENKO, MichalNETRIOVÁ, Zuzana – DANIELIK, Vladimír – BESSADA, Catherine. (Oxo)(fluoro)-aluminates in KF-Al2O3 system: thermal stability and structural correlation. In Inorganic Chemistry, 2017, vol. 56, no. 21, p. 13349-13359. (4.857 – IF2016).

 

Ultrarýchle spájanie povlakovaných (CVD-SiC) vláknitých keramických kompozitov Cf/SiC s medzivrstvou Ti

Tento výskum po prvýkrát popisuje vývoj novej technológie spájania, tzv. “Flash joining”, pri ktorej je elektrický prúd počas procesu spekania priamo vedený cez spájané materiály. Najlepšia pevnosť v šmyku, ktorá sa rovnala pevnosti základného materiálu, bola dosiahnutá pri spájaní vzoriek počas 8 sekúnd s odpovedajúcou maximálnou teplotou 1237°C. Veľmi vysoká rýchlosť ohrevu (9 600°C/min) a veľmi krátky čas procesu (~ 8 s) potlačil difúzne procesy medzi základnými materiálmi a medzivrstvou. Výsledkom bol nový mechanizmus spájania, ktorý pozostával z tvorby spoja na kovovej báze (Ti), pričom absencia akejkoľvek detekovateľnej reakčnej fázy výrazne znížila dobu potrebnú pre difúzne spájanie v tuhej fáze. V porovnaní so štandardnými procesmi spájania (s typickou dobou ~ 1 hod a teplotou ~ 1700°C) táto novovyvinutá metóda „flash joining“ predstavuje výrazné skrátenie celého procesu spájania (~ 8 s) a zníženie teploty spájania (~ 1250°C).

Schématické zobrazenie novovyvinutej metodiky spájania, tzv. “flash joining”

Publikácia:

  • TATARKO, Peter – GRASSO, Salvatore – SAUNDERS, Theo G. – FERRARIS, Monica – REECE, Michael J. Flash joining of CVD-SiC coated Cf/SiC composites with a Ti interlayer. In Journal of the European Ceramic Society, 2017, vol. 37, no. 13, p. 3841-3848. (3.411 – IF2016). ISSN 0955-2219

Práca vznikla v rámci riešenia medzinárodného EU projektu v programe FP7 2007-2013 pod názvom „ADMACOM“ – Advanced manufacturing routes for metal/composite components for aerospace, č. 609188. Niektoré experimenty a s tým spojené aktivity boli taktiež financované národným projektom „Extremecer“ pod číslom APVV-15-0469.

 

Uhlíkové nanočastice obsahujúce keramické kompozity s vysokou elektrickou vodivosťou

V tejto práci boli novou metódou pripravené hutné kompozitné práškové zmesi na báze Al2O3 alebo SiC s prídavkom uhlíkových nanoštruktúr – uhlíkové nanorúrky (CNTs), grafénové nanoplatničky (GNPs). Tento proces zahŕňal funkcionalizáciu uhlíkových nanoštruktúr, ich stabilizáciu v suspenzii a následné rozprašovanie takto stabilizovanej suspenzie do tekutého dusíka. Na týchto kompozitoch bol študovaný vplyv prídavku uhlíkových nanoštruktúr a vplyv orientácie na funkčné vlastnosti (elektrická a tepelná vodivosť). V prípade kompozitov Al2O3-CNT sa podarilo významne zvýšiť elektrickú vodivosť (o 13 rádov) z hodnoty 10-10 S/m (čistý Al2O3) až na hodnotu 1748 S/m pre kompozit s prídavkom 12,5 obj. % CNTs. V prípade kompozitov SiC-GNPs sa podarilo zvýšiť elektrickú vodivosť (o 5 rádov) až na 1775 S/m. Toto zvýšenie elektrickej vodivosti možno pripísať metóde prípravy, ktorá umožňuje zachovať homogénnu distribúciu uhlíkových nanoštruktúr, ktoré v keramickej matrici vytvárajú vodivú sieť. Výhodou keramických kompozitov so zvýšenou elektrickou vodivosťou je, že ich možno elektro-iskrovo obrábať. Efektívna obrábateľnosť týchto materiálov bola preukázaná pri kompozitoch s prídavkom ≥ 7,5 obj. % CNTs.

Lomové plochy (a) SiC-GNPs a (b) SiC-GO kompozitov; šípky indikujú pozíciu grafénových štruktúr a smer pôsobenie tlaku počas spekania

Publikácia

  • HANZEL, Ondrej – SEDLÁK, Richard – SEDLÁČEK, JaroslavBIZOVSKÁ, ValériaBYSTRICKÝ, Roman – GIRMAN, Vladimír – KOVALČÍKOVÁ, Alexandra – DUSZA, Ján – ŠAJGALÍK, Pavol. Anisotropy of functional properties of SiC composites with GNPs, GO and in-situ formed graphene. In Journal of the European Ceramic Society, 2017, vol. 37, p. 3731-3739. (3.411 – IF2016). ISSN 0955-2219.
  • HANZEL, Ondrej – LOFAJ, František – SEDLÁČEK, Jaroslav – KABÁTOVÁ, Margita – KAŠIAROVÁ, Monika – ŠAJGALÍK, Pavol. Mechanical and tribological properties of alumina-MWCNTs composites sintered by rapid hot-pressing. In Journal of the European Ceramic Society, 2017, vol. 37, no. 15, p. 4821-4831. (3.411 – IF2016). ISSN 0955-2219.
  • SINGH, Meinam Annebushan – SARMA, Deba Kumar – HANZEL, OndrejSEDLÁČEK, JaroslavŠAJGALÍK, Pavol. Machinability analysis of multi walled carbon nanotubes filled alumina composites in wire electrical discharge machining process. In Journal of the European Ceramic Society, 2017, vol. 37, no. 9, p. 3107-3114. (3.411 – IF2016). ISSN 0955-2219.

 

Rezonančný prenos energie medzi molekulami farbiva v koloidoch vrstvených nanočastíc saponitu: Vplyv povrchovej koncentrácie farbiva.

Vysoko efektívny rezonančný prenos energie Försterovského typu (FRET) medzi molekulami farbív rodamínu 6G a oxazínu 4 sa pozoroval vo vodných koloidných systémoch s vrstevnatým kremičitanom, saponitom, už pri relatívne nízkych koncentráciách farbív. Vhodnou optimalizáciou sústav sa podarilo eliminovať molekulovú agregáciu, ktorá všeobecne vedie k zániku luminiscencie. Prenos energie primárne závisel na povrchovej koncentrácii molekúl farbív, ktorá sa menila vhodnou voľbou pomeru farbiva a saponitu. Výťažky prenosu energie boli stanovené metódami fluorescenčnej spektroskopie, najmä v časovo rozlíšenom móde. Hodnoty z nameraných spektier nezodpovedali vypočítaným priemerným medzimolekulovým vzdialenostiam z povrchovej koncentrácie farbív. Jedným z hlavných prínosov práce bolo vytvorenie modelu, ktorý dokázal pomerne presne predpovedať experimentálne získané výťažky FRET. Model uvažoval heterogénnu distribúciu molekúl a štatistickú pravdepodobnosť výskytu rôznych vzdialeností medzi interagujúcimi molekulami. Informácie získané touto prácou môžu mať význam pre pochopenie zákonitostí a vlastností systémov hybridných koloidných sústav vrstevnatých nanočastíc s adsorbovanými molekulami farbív. Aplikácie takýchto systémov zahŕňajú optické a fotovoltaické materiály, tuhé lasery, molekulové sondy, fotosenzibilizátory, fotokatalyzátory a fotodezinfekčné materiály.

Zmena koncentrácie farbív na povrchu častíc saponitu a jej vplyv na fluorescenčné vlastnosti vznikajúcich hybridných sústav

Publikácia

  • BELUŠÁKOVÁ, Silvia – MARTÍNEZ-MARTÍNEZ, V. – LOPEZ ARBELOA, I. – BUJDÁK, Juraj. Resonance energy transfer between dye molecules in colloids of a layered silicate. The effect of dye surface concentration. In Journal of Physical Chemistry C, 2017, vol. 121, p. 8300-8309. (4.536 – IF2016). ISSN 1932-7447. Typ: ADCA

 

Solárna tepelná elektrolýza horčíka z roztavených fluoridov.

Projekt vývoja a technicko-ekonomickej analýzy novej ekologicko-ekonomickej výroby horčíka za prispenia solárneho tepelného imputu. Pomocou analýzy prúdovej účinnosti sa vytypoval najvhodnejší fluoridový elektrolyt a zmerali sa základné termodynamické, transportné a kinetické charakteristiky procesu (vylučovacie potenciály, difúzne koeficienty, výmenné prúdové hustoty, elektrická vodivosť elektrolytu) tak, aby sa celý proces dal technicky a ekonomicky vyhodnotiť. Výsledkom procesu bol návrh úplne novej technológie výroby primárneho horčíka, ktorý je ekologicky citlivý a zároveň ekonomicky konkurencie schopný hlavne vo vzťahu k dnes dominujúcemu spôsobu výroby tzv. Pidgeon procesom.

Na projekte, ktorý bol financovaný americkým ministerstvom energetiky (US Dept. of Energy) prostredníctvo ARPA-E (Advance Research Project Agency – Energy) spolupracovali nasledujúce inštitúcie: Valparaiso University, Valparaiso, Indiana; Purdue University, West Lafayette, Indiana; Navigant, Chicago, Ústav anorganickej chémie SAV a Diver Solar Albuquerque, Nové Mexiko. Projekt v súčasnosti konvertoval do tzv. up-scale testu (1000 A, 1000 hodín), ktorý financuje US DOE a realizuje sa v Materials and Electrochemical Corporation, Tuscon, Arizona.

Schéma procesu: elektrochemická reakcia výroby Mg za použitia solárneho tepelného inputu. Tepelný input je maximálny pri minimálnom nadpätí. Na pravej strane závislosť prúdu od napätia. Elektrolyt: (MgF2 – CaF2)EUT – MgO(sat), katóda: Mo, anóda: grafit. Nadpätie je definované ako rozdiel medzi aktuálnym napätím a vertikálou ktorá reprezentuje termodynamický vylučovací potenciál 1.38 V.

Publikácie

  • LEONARD, N. – KORENKO, Michal – LARSON, C. – BLOOD, K. – VENSTROM, Luke J. – NUDEHI, S. – DUNCAN, S. – DIVER, R. – ŠIMKO, FrantišekPRIŠČÁK, Jozef – SCHOER, J. – KISSINGER, P.T. – PALUMBO, R. The thermal electrolytic production of Mg from MgO: A discussion of the electrochemical reaction kinetics and requisite mass transport processes. In Chemical Engineering Science, 2016, vol. 148, p. 155-169. (2.750 – IF2015). Typ: ADCA
  • KORENKO, Michal – LARSON, C. – BLOOD, K. – PALUMBO, R. – NUDEHI, S. – DIVER, R. – BLOOD, D. – ŠIMKO, František – VENSTROM, Luke J. Technical and economic evaluation of a solar thermal MgO electrolysis process for magnesium production. In Energy, 2017, vol. 135, p. 182-194. (4.520 – IF2016). ISSN 0360-5442. Typ: ADCA