Multifunkcjonalne materiały przyszłości

Nowe wyzwania stawiane przez współczesną technikę sprawiają, że poszukuje się materiałów o sprzężonych z sobą funkcjonalnościach. Takimi są np. fazy Heuslera, których zaawansowane badania prowadzi zespół profesora Dariusza Kaczorowskiego z Instytutu Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN w ramach projektu MAESTRO Narodowego Centrum Nauki.

Fazy Heuslera są materiałami z „własnościami na życzenie”. Ich funkcjonalności mogą być łatwo modyfikowane za pomocą czynników zewnętrznych, takich jak temperatura, ciśnienie, pole elektromagnetyczne, czy też poprzez niewielkie zmiany ich składu chemicznego, mikro- lub makrostruktury. Wrocławscy badacze skupili się na bardzo słabo poznanej dotąd rodzinie faz Heuslera zawierających metale ziem rzadkich.

Materiały badane przez Profesora umożliwiają konwersję elektryczności na ciepło i odwrotnie. Można je zastosować do chłodzenia układów elektronicznych, ale też do zagospodarowania tzw. ciepła odpadowego. Piece i kominy fabryczne, czy też silniki spalinowe zanieczyszczają środowisko również poprzez emisję ciepła. Chcemy zaprojektować materiał, który zamieni to ciepło na energię elektryczną, a tą zgromadzimy w akumulatorze, do wykorzystania w dowolnym momencie. Już teraz, moduły termoelektryczne są niezbędnym elementem układów hybrydowego napędu pojazdów mechanicznych – wyjaśnia prof. Kaczorowski.

Drugi filar projektu odwołuje się do występowania w niektórych fazach Heuslera tzw. stanów topologicznych. Zainteresowanie świata nauki tą problematyką silnie wzrosło po przyznaniu w roku 2016 Nagrody Nobla fizykom, którzy opracowali jej teoretyczne podstawy. Praktyczna realizacja tych koncepcji z pewnością doprowadzi do rewolucji technologicznej – zbudowany zostanie komputer kwantowy nieczuły na utratę informacji wskutek oddziaływania z otoczeniem – prognozuje kierownik projektu. Wyniki badań naszego zespołu  przyczyniają się do stworzenia podwalin dla topotroniki, zupełnie nowej gałęzi niskoenergetycznej, szybkiej elektroniki – dodaje.

Rezultaty projektu mają często charakter odkryć naukowych, a przez to motywują do dalszych pogłębionych badań. Pojawia się wiele fantastycznych wyników, które nie tylko zasługują na opublikowanie w renomowanych czasopismach naukowych, ale też wyznaczają kierunki ich praktycznego wykorzystania – podsumowuje Profesor.