cíle a výstupy
Výzkumný program C1 – Výzkum a modifikace morfologie a povrchové textury materiálu
Zahájení: Q3/2011
Vedoucí výzkumného programu: prof. Ing. Miloš Marek, DrSc.
Cíle programu (vcetne výstupu, výsledku, milníku a specifikace skupin uživatelu)
Hlavními cíli výzkumného programu jsou:
Systematická charakterizace morfologie, textury a distribuce aktivních komponent v porézních a heterofázových materiálech.
Mapování relací mezi strukturou a vlastnostmi materiálu.
Výzkum utvárení morfologie a cílené modifikace morfologie a povrchové textury materiálu.
Výstupy budou predevším v oblastech katalytických konvertoru pro automobilový prumysl, mikrofluidních zarízení, granulace a mikrostruktury lékových forem, inteligentního návrhu mikrostruktury tablet a dalších lékových forem a aplikací pro farmaceutický prumysl, polymerací (predevším polyolefinu) a nejruznejších inovací v prumyslových technologiích jako je prevence nechtených vedlejších jevu (aglomerace cástic, elektrostatické nabíjení, tvorba jemných prachových cástic, meknutí a ulpívání materiálu na povrchu reaktoru).
Cíl P1-a
Cíl P1-b
Cíl P1-c
Systematická charakterizace morfologie, textury a distribuce aktivních komponent v porézních a heterofázových materiálech. Hlavním cílem v této oblasti je vybudování nezbytné infrastruktury a vytvorení metodiky zkoumání mikrostruktury materiálu.
Výstup a1. Vybudování pracovište pro charakterizaci prostorové 3D morfologie vzorku s využitím rentgenové tomografie s rozlišením v rádu stovek nanometru. Instalace zarízení pro prípravu vzorku pro morfologickou analýzu v nanomerítku. (dokoncení 12/2011)
Výstup a2. Vybudování pracovište pro mapování rozložení aktivních komponent na povrchu materiálu s pomocí Ramanovy mikroskopie. (12/2012)
Výstup a3. Rozšírení rentgenové tomografie o spektrální rozlišení, tzn. možnost identifikace distribuce chemických prvku v ruzných cástech vzorku. (12/2012)
Výsledek a1. Metodika validace výsledku analýzy prostorove 3D struktury. (12/2012)
Výsledek a2. Publikace shrnující poznatky o rozložení aktivních komponent ve farmaceutických vzorcích, vzorcích katalyzátoru a vzorcích receptoru v mikrokanálcích získané pomocí Ramanovy mikroskopie, AFM a disperzních technik elektronové mikroskopie. (12/2013)
Výsledek a3. Metodika pro tomografickou analýzu granulí a strukturovaných katalyzátoru pomocí tomografie se spektrálním rozlišením. (06/2014)
Cílová skupina: Výrobci polymeru a jejich pen, dodavatelé pro automobilový prumysl, farmaceutické spolecnosti.
Mapování relací mezi strukturou a vlastnostmi materiálu. Výzkum a vývoj metod pro systematickou charakterizaci morfologie paletou statistických deskriptoru. Výzkum a vývoj metod pocítacové predikce vlastností materiálu na základe jejich struktury.
Výstup b1. Systematická charakterizace morfologie porézních polymeru (penový polystyren, polyuretany a polyolefiny ruzných typu), drevoplastu a porézních nosicu katalyzátoru (ruzné typy katalytických vrstev v monolitech) pomocí statistických deskriptoru. (06/2013)
Výstup b2. Kritická validace modelu predikujících efektivní difuzivitu a tepelnou vodivost v porézních a heterofázových materiálech. Publikace studie tepelne-isolacních vlastností keramických a polymerních penových materiálu. (12/2013)
Výstup b3. Soubor poznatku o distribuci aktivních komponent v porézních a heterofázových materiálech získaných na základe povrchové textury a rentgenové tomografie se spektrálním rozlišením. Mapování vztahu mezi distribucí oxidu Zr, Ce, Ba a Al v automobilových katalyzátorech a katalytickými vlastnostmi s pomocí nástroju pocítacového modelování. (06/2014)
Výsledek b1. Vytvorení software pro systematickou klasifikaci morfologie materiálu pokrocilými statistickými deskriptory aplikovanými na výstupy ruzných tomografických a mikroskopických prístroju. (12/2012)
Výsledek b2. Vytvorení software pro prediktivní modelování transportních procesu v porézních a heterofázových materiálech. (06/2013)
Výsledek b3. Publikace studie predpovídající iontovou permselektivitu membrán na základe jejich morfologie v impaktované odborné literature. (06/2014)
Cílová skupina: Výrobci a vývojári heterofázových polymeru, dodavatelé katalyzátoru pro automobilový prumysl.
Výzkum utvárení morfologie a cílené modifikace morfologie a povrchové textury materiálu. Hlavním cílem v této oblasti je príprava mikrofluidních zarízení a výzkum utvárení materiálu se složitou mikrostrukturou.
Výstup c1. Instalace laserového litografického systému s rozlišením nekolika mikrometru pro prípravu mikrokanálkových zarízení. (12/2011)
Výstup c2. Vyvinutí technologie pro permanentní depozici mikroelektronických komponent na povrch polymeru. (12/2012)
Výstup c3. Vyvinutí technologie pro prípravu mikrokanálkových zarízení na polymerních substrátech. Príprava mikrofluidních cipu pro manipulaci, detekci a trídení proteinu a dalších biomolekul. (12/2013)
Výsledek c1. Prototypy mikrofluidních cipu s dvoufázovým segmentovaným tokem a vícevrstvých mikrokanálkových zarízení. (06/2012)
Výsledek c2. Funkcní vzorek pole mikroelektrod pro manipulaci s kapalinami pomocí elektrického pole a pro merení distribuce elektrického potenciálu v elektrolytech s prostorovým rozlišením desítek mikrometru. (12/2012)
Výsledek c3. Publikace clánku shrnujících výzkum polarizace povrchu elektrod. (12/2013)
Výsledek c4. Publikace experimentální a modelové studie zabývající se vznikem porézní katalytické vrstvy v monolitických katalytických konvertorech výfukových plynu (impregnace, sušení, kalcinace, spékání). (12/2013)
Cílová skupina: Výzkumné organizace a podniky zabývající se vývojem mikrokanálkových a diagnostických zarízení, výrobci katalytických konvertoru.
Souhrn publikací pro všechny cíle programu
Behem trvání projektu bude vytvoreno minimálne 15 publikací v impaktovaných casopisech.
Klícové metodologické prístupy, klícové výzvy, klícové vybavení
Akademická a firemní pracovište v CR disponují radou prístroju pro zobrazování topologie objektu na nano a mikromerítku, napr. elektronovými mikroskopy a AFM. Projekt navrhuje doplnit tuto prístrojovou základnu o nedestruktivní prostorove 3D charakterizace topologie a složení materiálu pomocí rentgenové mikro a nanotomografie využívající laboratorního zdroje rentgenového zárení. Rentgenová tomografie tak umožní zaplnit mezeru v detailní charakterizaci porézních materiálu, keramiky, struktury tkání (napr. u osteoporózy), katalyzátoru a dalších materiálu a umožní také provádet kontrolu kvality kritických cástí biosenzoru a mikrofluidních cipu. Pro málo kontrastní materiály lze využít metody fázového kontrastu, tj. interference cástecne koherentního zárení procházejícího ruznými cástmi objektu a majícího ruzný fázový posun.
Vybavení navrhované pro laborator CENTEM 1 se vhodne doplnuje s prístrojovou základnou pracovníku pocházejících z VŠCHT Praha a s prístrojovou základnou spolupracujících akademických a prumyslových partneru. Nákladné prístroje se u spolupracujících institucí nevyskytují vubec, nebo nejsou vhodné pro rešení problematiky obsažené v CENTEM. Rentgenový tomograf požadovaných specifikací není v Ceské Republice prístupný vubec. Následující prístroje jsou pro laborator CENTEM 1 klícové:
rentgenová tomografie se spektrálním rozlišením,
laserový litografický systém s mikrometrovým rozlišením,
analyzátor povrchového složení (IC/Raman) využitý v laboratori CENTEM 1 nejen pro jednorázové analýzy, ale také pro sledování dynamiky experimentu.