Innowacyjne materiały do zastosowań w urządzeniach oszczędzających energię

Nowe hybrydowe materiały funkcjonalne o ulepszonych właściwościach – sieci metalo-organiczne z ligandami azydkowymi, cyjankowymi i dicyjanamidowymi- znajdą zastosowanie w wielu dziedzinach techniki, mi.in.: w telekomunikacji, urządzeniach elektronicznych i optycznych, ogniwach słonecznych, urządzeniach chłodzących oraz  kamerach termowizyjnych.

Istnieje duże zapotrzebowanie na nowe, szybsze, lepsze i oszczędzające energię urządzenia. Dlatego poszukiwane są materiały posiadające specyficzne właściwości fizykochemiczne, które mogą w znacznym stopniu być modyfikowane i kontrolowane poprzez zewnętrzne bodźce takie jak: temperatura, ciśnienie, pole elektryczne itp. Istotnym jest, aby te związki posiadały dwie lub więcej pożądanych cech. Pozwala to na miniaturyzację urządzeń oraz lepszą sterowalność pożądaną cechą. Do tej pory stosowano głównie związki nieorganiczne.

Sieci metalo-organiczne są tańsze w produkcji, gdyż nie wymagają stosowania wysokich temperatur, a  do konstrukcji urządzeń można wykorzystać technikę druku atramentowego. Ponadto w przypadku związków nieorganicznych możliwość modyfikowania składu chemicznego jest bardzo ograniczona. Natomiast dzięki istnieniu prawie nieskończonej ilości związków organicznych, możliwym staje się otrzymanie olbrzymiej grupy związków hybrydowych zawierających komponent organiczny i nieorganiczny oraz wykazujących wiele pożądanych właściwości w jednej fazie. Sieci metalo-organiczne mogą również charakteryzować się większym efektem barokalorycznym i znacznie mniejszym ciśnieniem wymaganym do wywołania przemiany fazowej.

Nasza hipoteza badawcza zakłada, iż poprzez odpowiedni dobór kationów organicznych i metali możliwe będzie otrzymanie szeregu nowych azydków, cyjanków i dicyjanamidów o różnorodnych strukturach, właściwościach i mechanizmach przemian fazowych – mówi kierownik projektu prof. dr hab. Mirosław Mączka.

Otrzymaliśmy dicyjanamidy wykazujące współistnienie aż pięciu pożądanych właściwości: luminescencyjnych, optycznie nieliniowych, piroelektrycznych oraz porządku elektrycznego i magnetycznego. Mogą one znaleźć zastosowanie m.in. jako czujniki informujące, czy dany obiekt przekroczył określoną temperaturę progową. Efekt piroelektryczny może zostać również wykorzystany w kamerach termowizyjnych oraz czujnikach ognia. Inna grupa zsyntetyzowanych dicyjanamidów charakteryzuje się silnymi zmianami kalorycznymi przy przemianach fazowych oraz wyjątkowo dużą giętkością struktury. Są to związki o bardzo dobrych właściwości barokalorycznych – niewielka zmiana ciśnienia powoduje silne zmiany właściwości kalorycznych, a efekt ten umożliwia zastosowanie ich jak czynnika chłodzącego – uzupełnia prof. Mączka.

Naukowcy otrzymali również nowe związki wykazujące skokowe zmiany przenikalności dielektrycznej, które mogą znaleźć zastosowanie min. jako czujniki, przełączniki lub urządzenia przetwarzające energię. Z kolei nowy związek wykazujący współistnienie wydajnej luminescencji i przestrajalnych właściwości dielektrycznych, potencjalne może zostać wykorzystany w laserach.

Projekt pn.: „Mechanizmy przemian fazowych i właściwości fizykochemiczne wybranych związków metalo-organicznych krystalizujących w strukturze perowskitu” jest realizowany w ramach programu OPUS Narodowego Centrum Nauki.

Joanna Laskowska