Instytut Fizyki Molekularnej Polskiej Akademii Nauk

Obszar badawczy

Dynamika molekularna i właściwości fizyczne nowych materiałów do zastosowań technologicznych.

Cele badawcze

W Zakładzie Fizyki Układów Molekularnych i Badań Radiospektroskopowych prowadzone są zarówno badania podstawowe, których celem jest poznanie i określenie fundamentalnych zjawisk fizycznych oraz własności fizykochemicznych organicznych i nieorganicznych materiałów w fazie ciekłej, stałej i tzw. miękkiej materii, jak również prace aplikacyjne mające na celu zaprojektowanie i wytworzenie nowych układów do zastosowań m.in. w takich obszarach technologicznych jak odnawialne źródła energii, biokompatybilne związki farmaceutyczne czy elektronika molekularna. W ostatnich latach nasza grupa koncentrowała się na trzech głównych tematach związanych z projektowaniem, optymalizacją i charakteryzacją takich materiałów jak:

• neutralne dla środowiska, ciałostałowe, bezwodne przewodniki protonowe do zastosowań w ogniwach paliwowych oparte na biopolimerach (m.in. nanokrystalicznej i mikrowłóknistej celulozie) używanych jako biokompatybilne matryce oraz molekułach heterocyklicznych (imidazol i jego pochodne),
• termicznie odnawialne elektrolity stałe dla układów opartych na bazie jonów litu do zastosowań w układach magazynujących energię,
• biokompatybilne układy hydrożelowe zawierające jony nanosrebra i nanozłota do zastosowań w produktach farmaceutycznych.

W celu realizacji wyznaczonych zamierzeń prowadzimy badania dynamiki molekularnej, procesów relaksacyjnych i dyfuzyjnych, własności termicznych, mechanizmów przewodnictwa jonowego i elektronowego w układach organicznych oraz funkcjonalnych materiałach dielektrycznych. W szczególności koncentrujemy się na badaniach układów supramolekularnych i wpływie struktury żelatora oraz oddziaływań między cząsteczkowych na procesy samoorganizacji molekularnej, transportu ładunku, stabilności termicznej i trwałości wytwarzanych materiałów.

Profil badawczy

Zakład Fizyki Układów Molekularnych i Badań Radiospektroskopowych realizuje badania i prace rozwojowe z wykorzystaniem zaawanasowanych technik pomiarowych magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR), w tym dyfuzometrii NMR, wysokorozdzielczej spektroskopii NMR w ciele stałym, relaksometrii NMR metodą Fast Field-Cycling. Korzystając z głowic pomiarowych dedykowanych dla cieczy, materii miękkiej i ciała stałego prowadzimy obserwację zjawiska NMR na wielu rodzajach jąder atomowych (m.in. ¹H, ²H, ¹³C, ¹⁹F, ¹⁵N, ⁷Li, ²⁹Si), co umożliwia przeprowadzenie kompleksowej i szczegółowej analizy badawczej. Dzięki zastosowaniu dodatkowych akcesoriów, takich jak pompy, kriostaty czy chłodziarki, możemy prowadzić pomiary w szerokim zakresie temperatur (od 10 do 400 K). Posiadana na wyposażeniu aparatura do analizy termicznej pozwala uzyskać informacje na temat stabilności termicznej i przemian fazowych w badanych materiałach, a także przeprowadzać badania starzeniowe z wykorzystaniem technik termograwimetrycznych (TGA) i skaningowej kalorymetrii różnicowej (DSC). Za pomocą opracowanej w zakładzie techniki termicznej konduktometrii skaningowej (TSC) możliwe jest badanie przewodnictwa jonowego in-situ układów podlegających samoorganizacji molekularnej w funkcji temperatury. Więcej informacji na temat wykorzystywanych metod badawczych znajduje się w zakładce „Wyposażenie”.

Poza badaniami realizowanym w ramach działalności statutowej i projektowej prowadzimy szeroką współpracę z różnymi ośrodkami krajowymi i zagranicznymi, co umożliwia angażowanie się w badania interdyscyplinarne, które dotyczą:

• układów biologicznych i produktów żywnościowych (np. wina, miody, oliwy, napoje alkoholowe), w tym weryfikacji autentyczności składu badanych produktów,
• opracowywania nowoczesnych środków konserwujących dla zachowania obiektów dziedzictwa kulturowego,
• produktów farmaceutycznych (projektowanie i charakterystyka własności fizykochemicznych),
• nowoczesnych materiałów technologicznych, np. elektrod do układów nowoczesnych baterii, superkondensatorów, czy katalizatorów.