Medžiagų inžinerija

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Tekstilės pramonėje ir moksle šiuo metu pagrindinis dėmesys yra skiriamas funkcinių tekstilės gaminių kūrimui, tyrimui ir gamybai. Kuriant funkcinius tekstilės gaminius pasitelkiamos naujausios tekstilės gamybos technologijos, projektavimo metodai bei nauji funkciniai pluoštai. Erdvinės tekstilinės struktūros smarkiai išplečia funkcionalumo ribas, leidžia gauti baigtinę gaminio formą, taip ženkliai taupant žaliavas, mažinant atliekų kiekius. Erdvinėse ir daugiasluoksnėse tekstilinėse struktūrose yra galimybė suderinti skirtingus pluoštus, tekstilinius ir netekstilinius siūlus, pynimus. Tačiau tokia sudėtinga struktūra apsunkina modeliavimo ir projektavimo procesus, yra daug neišspręstų modeliavimo ir savybių prognozavimo klausimų.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Funkcinės tekstilės medžiagų savybės (antimikrobinės, antistatinės savybės, skysčius atstumianti, kvapus sugerianti ir t.t.), suteikiamos medžiagoms jų gamybos (kai modifikuojama žaliava) arba apdailos metu. Disertacijos metu bus kuriamos ir nagrinėjamos funkcinėmis savybėmis pasižyminčios medicininės paskirties medžiagos.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Grafenas, tai 2D nanoanglies medžiaga, anglies atominių šešiakampių monosluoksnis. Jis pasižymi rekordiniais elektronų ir skylių judriais bei kitomis unikaliomis savybėmis. Tarp daugelio galimų taikymų yra grafeno panaudojimas vietoje metalo Šotkio kontaktuose arba kaip itin plonas kanalas lauko tranzistoriuose. Tokie taikymai labai svarbūs gaminant naujus biojutiklius ir fotojutiklius. Iki šiol grafenas buvo sintezuojamas ant katalizinių Ni arba Cu plėvelių paskui jį pernešant ant reikiamo padėklo. Tai reikalaujanti daug laiko ir sudėtinga procedūra, keičianti grafeno ir grafeno-puslaidininkio sąlyčio savybes. Šiame darbe grafenas bus plazma aktyvuotas būdais sintezuojamas tiesiogiai ant ir dielektrikų paviršių. Bus tiriama sintezuoto grafeno struktūros įtaka jutiklių charakteristikoms.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Sprendžiant perteklinio vartojimo ir senkančių energetinių bei gamtinių išteklių problemą, aktualūs moksliniai tyrimai, kurie nukreipti į aukštos pridėtinės vertės produktus, pasižyminčius išskirtinėmis funkcinėmis savybėmis ir perdirbimo galimybėmis. Šiuolaikiniai tekstilės mokslo uždaviniai yra neatsiejami nuo tardisciplininių tyrimų, tradicinę medžiagotyrą integruojant su biotechnologijų taikymu, mikroelektronikos inžinerijos principais ir pan. Mokslinių tyrimų objektas – skirtingų savybių medžiagos, kurios jungiamos į sistemas, siekiant sukurti adaptyvius funkcinius produktus. Tyrimų tikslas – sukurti funkcines lanksčias sistemas tekstilės pagrindu, pasižyminčias geromis dėvimosiomis savybėmis ir perdirbimu.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Paviršiniai dariniai, kurių matmenys yra daug mažesni už bakterijų ląsteles, slopina pririšimą, sumažinant sąveikos plotą tarp bakterijų ląstelių ir kieto kūno paviršiaus. Nanodarinių (metalo bei metalo oksido) kaip antibakterinių paviršių naudojimas yra perspektyvus būdas. Dauguma metalo ar metalo oksidų nanodalelių (Ag, Fe3O4, TiO2, CuO, ZnO ir kt.) pasižymi baktericidinėmis savybėmis per reaktyviosios deguonies rūšies generavimą, nors kai kurios iš jų yra veiksmingos dėl nanodarinių struktūros ir paviršinio potencialo. Nanodariniai, suformuoti ant keraminių paviršių, gali sutrikdyti bakterinės ląstelės membranos vientisumą ir jos potencialą bei suaktyvinti deguonies laisvųjų radikalų gamybą, veikiant kaip nanokatalizatoriai. Darbe bus tiriama: a) plonų keraminių sluoksnių su nanodariniais formavimas vakuuminiais fizikiniai metodais, parenkant optimalias formavimo technologijas; b) technologinių parametrų įtaka sluoksnių katalitinėms bei antibakterinėms savybėms; c) suformuotų plonų sluoksnių fizikocheminiai tyrimai. Tyrimų tikslas yra išsiaiškinti bei kontroliuoti fizikines, chemines ir kitas plonų sluoksnių savybes bei, tyrimų pagrindu, sąlygoti tokių sistemų praktinį panaudojimą.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Pažangioji gamyba artėja prie masinės gamybos apimčių, todėl siekiant tvarumo, ji turi būti nežalinga aplinkai ir efektyviai naudoti išteklius. Nors selektyvus sukepinimas lazeriu (SLS) yra vienas iš pažangiosios gamybos metodų, tačiau SLS proceso metu termoplastikų milteliai, neprisidedantys prie gaminamų produktų masės, po tam tikro skaičiaus pakartotinio panaudojimo ciklų, tampa netinkami naudoti ir galiausiai virsta atliekomis. Kadangi miltelių gamyba reikalauja daug išteklių, šių atliekų susidarymas kelia grėsmę aplinkos tvarumui. Šio tyrimo tikslas – panaudoti SLS proceso metu susidariusių termoplastiko miltelių atliekas kaip rišiklį kompozitų gamybai.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Feroelektrinės atmintys (FRAM) šiuo metu laikomos vienomis iš perspektyviausių ateities atminties technologijų. Manoma, kad šio tipo atmintys su laiku „išstums“ iš prekybos dabar plačiai naudojaimas „flash“ tipo, kietųjų diskų ir operatyvines atmintis DRAM. FRAM privalumai – milžiniška greitaveika, ir teoriškai galimas milžiniškas atminties tankis, bei tai, kad šios atmintys nereikalauja energijos palaikymo“Non-volatile“, yra energijos naudojimo atžvilgiu labai taupios. Šios technologijos vystimasį stabdo sudėtingos ir brangios aktyviojo feroelektrinio plono sluoksnio formavimo technologijos ir daugelis neišspręstų fizikinių-technologinių klausimų. Moksliniame tyrime norima tirti perovskito kristalinės struktūros BiFeO3 oksidus, kurie vienu metu pasižymi ir feroelektrinėmis ir feromagnetinėmis savybėmis, bei kaip jos keičiasi įvedant kitų medžiagų priemaišas. Oksidų sluoksniai, kurių pagrindinis elementas yra bismutas bus auginami vakuuminio reaktyviojo fizikinio nusodinimo „sluoksnis po sluoksnio“ ir vienalaikiu nusodinimo metodu ant 400-700oC temperatūros padėklų. Tam bus naudojama originali KTU Fizikos katedros laboratorijoje sukonstruota įranga, leidžianti sintezuoti aukštos stechiometrijos daugiasluoksnes struktūras. Bismuto ferito ploni sluoksniai pasižymi ne tik feroelektrinėmis, bet ir feromagnetinėmis savybėmis, kurias numatoma tirti.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Naujame tūkstantmetyje pradėtas skirti didelis dėmesys naujoms medžiagoms. Daugelis jutiklių, valdančių įrenginių, transformuojančių informaciją ir energiją yra sėkmingai diegiami jau dabar. Viena iš tokių medžiagų klasių yra neorganiniai sudėtingi metalų oksidai, pasižymintys vadinamosiomis aktyviomis savybėmis. T.y. medžiagos transformuojančios įvairius fizikinius poveikius (mechaninį, šiluminį, spinduliuotės, šviesos, elektrinio ar magnetinio lauko ir kt.) į elektrinį signalą, kurį galima fiksuoti ir registruoti. Negana to, šios medžiagos pasižymi ir atvirkštiniu efektu – veikiamos elektriniu lauku jos keičia savo būseną – stebimi feroelektrinai, feroelastiniai, elektrostrikcijos, piroelektriniai, magnetoelektriniai, elektrooptiniai, elektrokaloriniai ir kiti reiškiniai. Ilgą laiką mokslo ir technologijos pasaulio dėmesyje šios medžiagos buvo akcentuojamos kaip reikalingi feromagnetikai arba feroelektrikai. Tačiau pirma multiferoinė medžiaga, pasižyminti ferroelektrinėmis ir (nors ir silpnomis) feromagnetinėmis savybėmis buvo susintezuota 2003‘iais metais, tai bismuto feritas BiFeO3 (BFO). Jungtinis efektas, kad tos medžiagos pasižymėtų abejomis savybėmis (ir feroelektrinėmis ir feromagnetinėmis kambario temperatūroje) buvo atrastas tik 2014‘ais metais. Panaudojant feromagnetinius papildomus pasluoksnius, mokslininkų grupė iš JAV sukūrė daugiasluoksnę supergardelinę struktūrą, pasižyminčią magnetoelektrinėmis savybėmis. Šios savybės įgalina žvelgti į šias medžiagas, kaip į visiškai naujo tipo atminties elementus, kurių įmagnetėjimą (ir kryptį) galima keisti tik elektriniu lauku. Dėl liktinio įmagnetėjimo efekto, informacijos išlaikymui šiose atmintyse nereikės energijos palaikymo. Šia tema siūlomas mokslinis darbas bus atliekamas sintezuojant multiferoinius magnetoelektrinius sluoksnius reaktyviuoju magnetroninio dulkinimo nusodinimo būdu. Bus formuojamos struktūros, sudarytos iš feroelektrinių ir feromagnetinių sluoksnių ir tiriamas magnetoelektrinis efektas.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Tekstilė yra viena labiausiai gamtą teršiančių pramonės šakų pasaulyje. Todėl pastaruoju metu tekstilėje stengiamasi kiek įmanoma daugiau grįžti prie natūralių, draugiškų aplinkai medžiagų. Viena iš tokių ekologiškos tekstilės gamybos krypčių yra tekstilės dažymas natūraliais gamtiniais dažikliais - augalais, maisto produktais, metalais ir pan. Sukurti dažymo gamtiniais dažikliais technologiją pramoniniu būdu yra gana sudėtinga, nes sunku pasiekti atspalvio atkartojamumą.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Naujausi organinės optoelektronikos pasiekimai, susiję su organiniais šviestukais (OLED) patvirtino, kad ekonomiškai naudinga tobulinti ir kurti naujas elektroaktyvias medžiagas, taip pat vystyti OLED technologijas. Mažo ploto OLED displėjai optoelektronikos rinkoje jau sudaro šimtus milijonų dolerių. Didelio ploto OLED vaizduokliai veržiasi į televizijos rinką. Pastaruoju metu baltos šviesos prietaisai jau pritaikomi apšvietimo technologijoms. Paminėtų technologijų proveržis ir vystymasis neišvengiamai susijęs su naujais moksliniais ir taikomaisiais tyrimais. Šio projekto tikslas- pagaminti keletą grupių naujos sandaros polimerinių, dendrimerinių ir šakotų plačiatarpių darinių, kurie tarnautų kaip termostabilios matricų medžiagos arba emiteriai TADF šviestukams. Daugiasluoksnių prietaisų optimizavimui ir efektyvumo padidinimui susintetinti keletą grupių skylinių puslaidininkių, kurie naudojami daugiasluoksnių šviestukų pagalbiniuose krūvių pernašos sluoksniuose.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Tyrimai bus skirti naujų organinių puslaidininkių struktūrų kūrimui bei jų tyrimams teoriniais metodais. Remiantis teorinių tyrimų rezultatais, bus atrinktos perspektyviausios struktūros, susintetinti atitinkami organiniai puslaidininkiai, eksperimentiniais metodais ištirtos jų savybės bei įvertintas jų tinkamumas organinės optoelektronikos prietaisams, tokiems kaip perovskitiniai fotovoltiniai elementai, organiniai šviesos diodai.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Aliuminio oksido kompozitų dangos, dėka unikalių savo savybių, plačiai taikomos technikoje, medicinoje, energetikoje, elektronikoje. Tačiau šių dangų taikymą praktikoje apsunkina nepakankama adhezija su pagrindu, sąlyginai didelis trapumas, didelė trintis ar dilimas aukštose temperatūrose. Plazminiu purškimu formuojant aliuminio oksido kompozitų (AOK) (Al2O3-ZrO2, Al2O3-TiO2 ir kt.) dangas, padidėja šių dangų atsparumas dilimui, sumažėja trinties koeficientas, dangos pasidaro plastiškesnės. Tinkamai parinkus užpildo medžiagos (SiC, TiC, TiO2, ZrO2, grafitą ir kt.) kiekį Al2O3 kompozite, danga gali tapti savitepe. AOK dangų adhezija padidėja formuojant metalinius pasluoksnius, tačiau mažai tirta pasluoksnio prigimties ir storio įtaka skirtingos rūšies AOK dangoms. Pažymėtina, kad AOK dangų tribologinių savybių tyrimai "sausose" terpėse yra fragmentiški.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Pastaraisiais metais, tobulėjant nanotechnologijoms ir supratimui apie nanomedžiagų plazmonines savybes, paviršiuje stiprinama Ramano sklaida (angl. SERS – Surface Enhanced Raman Scattering) sulaukia vis daugiau dėmesio kaip ypač jautrus ir plačiomis taikymo galimybėmis pasižymintis analitinis metodas tame tarpe: elektrochemijoje, analitinėje chemijoje, cheminėje fizikoje, kieto kūno fizikoje, biofizikoje ir vis plačiau - medicinoje. Vienas svarbiausių elementų SERS spektroskopijoje yra metalų nanodariniai, kurie gali stiprinti tiriamai molekulei būdingą Ramano sklaidos signalą net iki 108 kartų. Signalo stiprinimas priklauso nuo nanodalelių cheminės sandaros, jų formos, dydžio, tankio bei tarpusavio orientacijos. Siekiant rezultatų atsikartojamumo ir pritaikymo skirtingiems Ramano sklaidos žadinimo bangos ilgiams, formuojami tvarkingai ant paviršiaus išdėstyti nanodarinių agregatai (sankaupos). Nanodarinius išdėliojus tvarkingai galima tikėtis ne vien dalelėms būdingo lokalizuoto paviršiaus plazmonų rezonanso, tačiau ir signalo stiprinimo susijusio su dalelių tarpusavio išsidėstymu paviršiuje – vadinamu paviršiaus gardelės rezonansu.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Žymiausia 2D nanomedžiaga, grafenas, pasižymi rekordiniais elektronų ir skylių judriais bei kitomis unikaliomis savybėmis. Tarp daugelio galimų taikymų yra grafeno panaudojimas vietoje metalo Šotkio kontaktuose. Toks taikymas labai svarbus gaminant naujus fotojutiklius bei saulės elementus. Čia fotojutikliuose grafenas turi pranašumą prieš metalus kaip monosluoksnis, kuriame nėra laisvųjų krūvininkų sklaidos. Todėl, skirtingai nuo metalo/puslaidininkio kontakto, grafeno/Si infraraudonosios spinduliuotės fotojutiklyje visi grafene generuoti fotoelektronai turėtų pakliūti į silicį. Grafeno/Si saulės elementuose grafenas naudojamas kaip skaidraus laidininko sluoksnis, sukuriantis krūvininkus atskiriantį elektrinį lauką Si paviršiuje ir pakeičiantis brangų skaidrųjį laidininką indžio alavo oksidą. Iki šiol grafenas buvo sintezuojamas ant katalizinių Ni arba Cu plėvelių paskui jį pernešant ant reikiamo padėklo. Tai reikalaujanti daug laiko ir sudėtinga procedūra, keičianti grafeno ir grafeno-puslaidininkio sąlyčio savybes. Šiame darbe grafenas bus sintezuojamas tiesiogiai ant puslaidininkio paviršiaus naudojant plazma aktyvuotus nusodinimo iš garų fazės būdus. Bus tiriama sintezuoto grafeno sluoksnių struktūra bei jos ryšys su kuriamo fotoelektrinio prietaiso charakteristikomis.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

ZnO nanovielos (ZnO NV) sulaukė didelio dėmesio moksliniame pasaulyje dėl unikalių savybių bei plačių pritaikymo galimybių atsinaujinančioje energetikoje bei elektronikoje, tačiau integravimas į funkcines medžiagas išlieka problema, nes NV sintezę daugiausia riboja augimo paviršius, trukdantis jų plačiam taikymui. Tyrimo metu bus kuriamos daugiafunkcinės dangos ZnO NV pagrindu. Bus sukurtas ir įdiegtas naujas ZnO NV gamybos būdas. Tokios dangos gali būti pritaikytos: saulės moduliuose kaip daugiafunkcinė danga – savaime besivalanti, mažinanti atspindį, keičianti UV spindulius į matomąją šviesą; daugiafunkciniuose dujų jutikliuose, kaip jautrus ir selektyvus elementas, aktyvuojamas šviesa, todėl naudojantis mažai galios, kas vertinga pritaikant belaidėse platformose. Šio tyrimo metu bus naudojama naujausia sintezės įranga, skirta didelės apimties ZnO NV sintezei. Tyrimo metu bus kuriamos naujos daugiafunkcinės dangos, kurios turės plačias pritaikymo galimybes. Dangos galės būti užneštos ant tekstilės, plastiko, purškimo ar kitais padengimo metodais, jos bus lengvos ir tamprios, todėl bus atvertos naujos galimybės kurti elektroninę tekstilę, lanksčius jutiklius ir pan. Nors pritaikymo galimybių yra daug, tačiau šiuo tyrimu orientuojamasi sukurti medžiagas dviems naujiems taikymus: atspindį mažinančios dangos saulės elementams ir selektyviems jutiklims. Šie rezultatai yra svarbūs tarptautiniu lygmeniu, nes jie atvers naujas daugiafunkcinių dangų taikymo sritis ir bus naudojami kuriant naujos kartos prietaisus. Kadangi ZnO NV gali būti taikomos kitose srityse (pvz., elektronika, biologija ir kt.), ši įranga ir įgyta patirtis bus panaudota tęstiniuose projektuose ir sudarys sąlygas kurti naujus gaminius.