Alkalmazott Anyagtudomány és Nanotechnológia Kiválósági Központ Félidős konferencia június 5-én

Átírás

1 Alkalmazott Anyagtudomány és Nanotechnológia Kiválósági Központ Félidős konferencia június 5-én Vezető: Dr. Roósz András Helyettes vezető: Dr. Mertinger Valéria Projekt asszisztens: Dr. Voith Katalin

2 II. Alkalmazott Anyagtudomány és Nanotechnológia Kiválósági Központ. Tudományos műhelyek: A projekt legfontosabb célja kapcsolódni az anyagtudományi, anyaginformatikai, nanotechnológiai 1. és nanotoxikológiai kutatásban és fejlesztésében élenjáró nemzetközi trendekhez, alkalmazni a legmodernebb tudományos módszereket, eljárásokat és tapasztalatokat. Fontos törekvés a különleges tulajdonságokkal rendelkező anyagokra vonatkozó tudás bővítése, ismeretlapú, igényre szabott és előre jelezhető jellemzőkkel rendelkező anyagok kutatása.

3 Tudományos műhelyek: I. Tudásintenzív anyaggyártás (Dr Roósz András) Tudományos műhelyek: II. Multifunkcionális anyagok (Dr Gácsi Zoltán) 1. III. Nanotechnológia (Dr Kaptay György) IV. Mikro és makro-funkcionalitás integrálása a vegyipari technológiába (Dr Lakatos János) V. Anyaginformatika és képelemzés (Dr Barkóczy Péter) VI. Kísérletes és diagnosztikai élettudományok (Dr Barkai László)

4 Projekthez kapcsolódó K+F témák 1M: 3 db téma, 79 MFt vállalási összeg 2M: 29 db téma 59 MFt vállalási összeg ( 60 eft -9,7 MFt) 3M:- 4M: 2 db téma 6 MFt vállalási összeg 5M: 2 db téma 7,6 MFt vállalási összeg 6M:-

6 A 3104 ötvözetek alakíthatóságának növelése a 0,2-0,35 mm vastagsági tartományban- ALCOA-KÖFÉM Kft A kutatás tárgya: Lámpafoglalat és fénycső zárókupak alapanyag, nagy sebességű, komplex alakítással kerül feldolgozásra. A kutatás célja: Az alakíthatóság, mélyíthetőség növelése. Optimális technológia megadása ami biztosítja a végtermékre vonatkozó vevői igényeket és a felszakadásmentes felhasználást.

7 A 3104 ötvözetek alakíthatóságának növelése a 0,2-0,35 mm vastagsági tartományban- ALCOA-KÖFÉM Kft Gyártástechnológia: Részletezett kutatási feladatok: A jelenlegi összetétel felülvizsgálata Tuskó előmelegítés optimalizálása figyelembe véve a Köfém gyárthatósági határait Meleghengerlési technológia Hideghengerlési technológia Közben és végző hőkezelések Végtermék minősítési kritériumok

8 A 3104 ötvözetek alakíthatóságának növelése a 0,2-0,35 mm vastagsági tartományban- ALCOA-KÖFÉM Kft Technológiai fejlesztések Ipar Laboratórium Hengerek kenésének biztosítása Az új Lechner lapos-sugár fúvóka

9 A 3104 ötvözetek alakíthatóságának növelése a 0,2-0,35 mm vastagsági tartományban- ALCOA-KÖFÉM Kft Technológiai kísérletek- Meleghengerlés 9-10 szúrással 1 visszamelegítés mellett sikerült 26-ról 4,8 mm

10 A 3104 ötvözetek alakíthatóságának növelése a 0,2-0,35 mm vastagsági tartományban- ALCOA-KÖFÉM Kft Szerkezetvizsgálatok: Fény és elektronmikroszkópi szövetvizsgálatok, öntött állapot szél 90 közép szekunder dendritág távolság, mikrométer ös hely es hely ,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 távolság a felülettől, mm

11 A 3104 ötvözetek alakíthatóságának növelése 1 a 0,2-0,35 mm vastagsági tartományban- ALCOA-KÖFÉM 1 2 Kft Szerkezetvizsgálatok: Röntgendiffrakciós textúra vizsgálatok az alakított és lágyított mintákon Lágyítás 1mmnél a) H10K (111) d) H10L (111) b) H10K (200) e) H10L (200) c) H10K (220) f) H10L (220)

12 Nyomásos öntés hőtranszport folyamatának megoldása A megszilárdulási és hűlési folyamat szabályozása hűtőrendszerrel

14 Ólommentes forraszanyagban megjelenő vegyületfázisok képződésének vizsgálata- Robert Bosch Kft. részére készített kutatómunkák Kutatás célja: Innolot hatalkotós (Sn-Ag-Bi-Sb-Cu-Ni) forraszötvözet alkalmazása során a forraszkádban, illetve magában a szövetszerkezetben megjelenő tűkristályok azonosítása és keletkezésük anyagtudományi alapokon történő magyarázata. Ni 3 Sn 4 Sn x Cu y Ni z Az olvadék állapotú forraszötvözetből eltávolított Ni 3 Sn 4 (nagy) és Sn x (Cu,Ni) y (kicsi) intermetallikus tűkristályokról készült SEM felvétel A forraszötvözetek szövetszerkezetében megjelenő intermetallikus vegyületfázisok A forraszkádban lévő olvadt forraszanyag hőmérséklet ingadozásának, valamint az olvadék összetétel inhomogenitásának hatására (legfőképp a Ni és Cu elemek dúsulása miatt) már a kádban megjelenhetnek ezek a tűs vegyületfázisok, melyek így megnehezítik, vagy teljes mértékben ellehetetlenítik a forrasztást. A mikro-szerkezetben történő megjelenésük pedig jelentős mértékben rontja a forraszkötés mechanikai tulajdonságait.

15 Elektronikai forrasztások ED-XRF vizsgálata Fluoreszcens röntgensugaras analízis gyors (<300sec) és viszonylag pontos (0,1%) multi elemes és roncsolás mentes rétegvastagság mérési módszer Elektronikai forrasztás: többalkotós forraszanyagok (mátrix hatás) kisméretű minták vékonyrétegek inhomogén ólommentes kötések A kutatás tárgya: méréstechnikai paraméterek mintavétel kalibráció vegyületrétegek (és dúsulások) statisztikai kiértékelések primer röntgensugár fluoreszcens röntgensugár elektron A mérés elméleti háttere

16 Ón tűkristályok képződése mechanikai feszültség és hőkezelés hatására Kutatás célja: Mikroelektronikai alkatrészek gyártásakor az egyes forraszkötéseknél alkalmazás során ón tűkristályok képződnek, melyek átszövik az egyes alkatrész egységeket és így rövid zárlatot okozhatnak. Kutatási munka folyamata: 1. Saját fejlesztésű berendezés készítése ón tűkristályok növesztése céljából 2. Különböző mechanikai feszültség alkalmazása mellett tűkristályok növesztése 3. Hőkezelés hatásának vizsgálata a tűkristályok növekedésére Ón tűkristályok megjelenése mikroelektronikai alkatrészen Saját fejlesztésű berendezés tűkristályok növesztésére Következtetések: 1. A terhelési idő növelésével növekedni fog a képződő tűkristályok darabszáma és a sűrűség (pl.: 1óra 20000/mm 2 ; 4 óra 50000/mm 2 ) 2. A terhelési idő növekedésével nőni fog a képződő tűkristályok hosszúsága, amíg eléri az 5 mikrométert 3. 0,24 A átfolyó áramerősség hatására a képződő tűkristályok száma és sűrűsége lecsökken, hosszúsága változatlannak tekinthető 4. Hőkezelés hatására a megvastagodó ón-oxid réteg gátolja a tűkristály képződését, ezért a keletkező tűkristály darabszám 1/4-1/8-at részére lecsökken Forraszanyag mikroszerkezetében képződött ón tűkristály

18 A nano-egyensúlyok alapkérdése: Gibbs, vagy Kelvin? BAY-NANO Nanotechnológiai Kutatóintézet George Kaptay Hungary, Miskolc BAY-NANO + Uni-Miskolc

19 BAY-NANO Nanotechnológiai Kutatóintézet (1869) (1878) William Thomson (Lord Kelvin) Josiah Willard Gibbs

20 BAY-NANO Nanotechnológiai Kutatóintézet Kelvin (Gibbs-Thomson) or Gibbs? Gibbs (specific surface area) m s S b V A G G,, Φ Φ Φ Φ Φ = σ Kelvin (curvature) + = Φ Φ Φ Φ 2 1, 1 1 r r V G G m g b σ 2r r V m 2 σ r 3 σ V m 0 δ δ σ σ m out in V + ) (

21 BAY-NANO Nanotechnológiai Kutatóintézet Contradictions in the Kelvin equation Contradicitions: 1. Gibbs (external pressure) Laplace (inner pressure) + + = r r p p o σ m s A S V S T V p U G, Φ, Φ Φ Φ Φ Φ Φ + + = σ = Φ Φ Φ Φ Φ Φ 2 1, 1 1 r r V S T V p U G m s o σ 2. The surface term of Gibbs is forgotten 3. Laplace follows from Gibbs - why to substitute back? Laplace (1806): Gibbs (1878): 4. Kelvin does not work for not curved nano-phases (such as thin films, crystals)

23 Szorbensek fejlesztése 2 KK 4 TM Kémia

24 A Fe-hidroxid szorbens pórusszerkezete Volume of sorbed nitrogen, cm 3 (STP) Fe(OH)3 90 C Fe(OH)3 350C Fe(OH)3 850C ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 p/p 0 A vizek arzén mentesítésére használt in situ előállított vas-oxi-hidroxid szorbens pórusszerkezetét N2 gázadszorpciós módszerrel vizsgálva megállapítható volt, hogy a szorbens jól fejlett mezopórusos szerkezettel rendelkezik. Ez a szerkezet a termikus hatásra igen érzékeny. 350 C-on a fajlagos felülete a felére 206 m2/g ról 140 m2/g míg 850 C-on 0,16 m2/g értékre csökken.

25 A megkötött arzén visszanyerése 2 1,8 1,6 1,4 Mobilised As, mg/g 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1 M NaOH 1 M KOH 1 M NH4OH Ca(OH)2 sat. 1 M Na2CO3 1 M (NH4)2CO3 Solvents A szorbens szerkezet megtartásával a megkötött arzén erősen lúgos eluensekkel visszanyerhető. A gyengébb lúgok, lúgos hidrolízist mutató sók az elúció szempontjából nem hatékonyak, ez azért előny mert a sómátrix nem befolyásolja lényegesen az arzén eltávolítást.

26 A szorpciós helyek elfoglaltsága 1,2 1 0,8 Sorbed ion, mmg -1 0,6 0,4 0,2 0 Cu(II)-nitrát Pb(II) nitát Hg(II)klorid Cd(II) klorid Zn(II)nitrát Solutions Mivel a semleges sók nem mobilizálják a szorbensen megkötött arzént a szorbens nem egymással versengő szorpciós folyamatban képes más toxikus ion eltávolítására így az arzénmentesítéssel párhuzamosan képes az ivóvízben esetlegesen előforduló nehézfémnyomok eltávolítására.

28 Rövidtávú diffúzió által végbemenő folyamatok sejt automata szimulációinak skálázása Készítette: Gyöngyösi Szilvia Dr. Barkóczy Péter

29 Rövidtávú diffúzió által végbemenő folyamatok sejt automata szimulációinak skálázása 2 Dimenziós sztochasztikus automata Szemcsedurvulás szimuláció Q hajtóerő = 0 t d = d + kt k Q = k0 exp RT ln ( k) = k 0 Q 1 R T

30 2 Dimenziós sztochasztikus automata Újrakristályosodás szimuláció Q hajtóerő = Q tárolt n t F = 1 exp( Bt )

31 2 Dimenziós sztochasztikus automata Újrakristályosodás szimuláció (a) (b) (a) 80a szerkezet Forrás: B. Tian, C. Lind, E. Schafler, O. Paris, Materials Science and EngineeringA 367 (2004) , (b) Dinamikus újrakrostályosodáa szimulációja. Szimuláció által számított szerkezet

32 Sejt automata skálázása 1 0,9 0,8 0,7 0,6 F 0,5 sejt automata OFHC Cu 0,4 0,3 0,2 0, T, C Csíraképződés aktiválási energia: 60 kj/sejt Csíranövekedési aktiválási energia: 20 kj/sejt 1 lépés = 0,3 másodperc 90%-ban hengerelt OFHC Cu újrakristályosítása DSC-ben 10 K/min sebességgel.

33 2 Dimenziós sztochasztikus automata Allotróp átalakulás szimuláció skálázása 200 μm ST34 anyagminőségű acél szövetképe A sejtautomata által számított szerkezet

35 Kutatási kompetenciák 1.Klinikai farmakológiai kutatás és képzés 2.Klinikai diagnosztika 3.Rekreáció, humánélettani, foglalkozásegészségügyi kutatások 4.Nanobiotechnológia, regeneratív medicina

36 Installált nanotoxiológiai vizsgáló-eljárások Méret (DLS) Zéta potenciál Hőmérséklet függő stabilitás (DLS) ph Fehérvérsejt aktiváció (áramlási sejtanalízis FACS) Bazofil (allergia) Dendritikus sejtek (immunrendszer fontos elemei) Komplementrendszer (immunrendszer egyes fehérjéi) - immunkémia SC5b-C9 Véralvadási rendszer

37 Méret-meghatározás (DLS) nehézsége nanoanyagok esetén hidrodinamikus radius Spherikus vs. fibrilláris (liposzóma CNT). Utóbbi esetében a DLS nem megfelelő

38 Bazofil sejtek (allergiáért felelős) aktivációja nanoanyagok jelenétében 1. Lipid alapú polimer (PAA) CNT (a soft alapú kevésbé aktivál, mint a hard ). A CNT felszíni módosítás, funkcionalizálás (OH vs. COOH) jelentősen módosítja biológiai hatást.

39 Immunválasz lefolyása szempontjából fontos dendritikus sejtek aktiválódása nanoanyagok hatására 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 ** CD 123+ DC % CD 11c+ DC % A negatív kontrollhoz képest minden vizsgált nanoanyag szignifikánsan aktiválja a dendritikus sejteket

40 Tudományos műhelyek: 1. A 2.sz. KK tudományos műhelyeinek indikátor teljesítése 2012 május végén:

41 Tudományos műhelyek: 1.

48 IF-os publikációk Szerzők publikáció száma IF Dr. Kaptay György és társai 10 db 26,94 Dr. Szebeni János és társai 3 db 26,943 Dr. Bárány Sándor és társa 1 db 8,66 Dr. Sycheva Anna és társai 1 db 2,234 Dr. Barkai László és Dr Fodor Bertalan 1 db 2,171 Dr. Mizser Tomolya Kinga és társai 1 db 2,138 2 sz KK/projekt 17 db /76 db 69 IF /130 IF

49 Publikációs lehetőségek: Tudományos műhelyek: Bányászati és Kohászati Lapok, nov különszám, cikk (10 oldal) Anyagmérnöki 1. tudományok, Kari kiadvány ( lektorált folyóirat) MTMT-ben, március vége, magyar, angol nyelvű, oldal, Egészségtudományi Közlemények (lektorált folyóirat) létrehozása Materials Science Forum, különkiadás, szeptember 30 kézirat, nov 30 lektorálás-javítás, január, megjelenés,

50

54 1.? Mit tart a legnagyobb szakmai értéknek? 1M: a konferenciákon igazolódott, hogy a kutatások aktuálisak 2M: tíz új szakmai kapcsolat a járműipar területéről 3M: a ME kutatóegyetemmé akar válni (IF cikkek) 4M: nőtt a kutatási intenzitás 5M: kutatótímek alakultak sok fiatal hallgatóval 6M: alapkutatási lehetőségek lerakása az Egészségügyi Karon

55 2.? Mit csinálna másképp? Tudományos műhelyek: 1M: a külföldi kutatókkal szorosabb kooperáció 2M:egyértelműbb egyéni feladat kijelölés és számonkérés 1. 3M: kevesebb cikk vállalás, de az IF-os 4M: kisebb adminisztráció, témák aprózódásának kerülése, konzorciális felállás, ipari témaszerzési kényszer megszüntetése 5M: szigorúbb indikátor teljesítés ellenőrzése, nagyobb hangsúly a munkacsoportok életben tartására 6M: adminisztratív koordináció

56 3.? Mi a humánerő oldali legnagyobb eredmény? Tudományos műhelyek: 1M: a kutatók és a kutatást segítők jobb anyagi 1. megbecsülése, utódok kinevelése 2M:fiatal, tudományos minősítésű kutatói gárda 3M: fiatal hallgatók, kollégák pénzügyi motiválása 4M: javított az oktatói fizetések gyalázatos helyzetén 5M: fiatal hallgatókat, kutatókat volt mód honorálni 6M: 7 fő munkatárs alkalmazása

57 4.? Mi a projekt tanulsága? Tudományos műhelyek: 1M: a meglevő humán erőforrással ha hegyeket nem is de dombokat lehet megmozdítani ha megfelelően motiváljuk 1. 2M: tehetséges motivált fiatalok+szenior kutatók+ infrastruktúra = komoly kutatómunka 3M: a pénz motivál az IF-os cikkek írásában 4M:a tímekben való dolgozást és vezetését fejleszteni kell 5M: akit eddig nem lehetett az elvárt munkára rávenni azt ezután sem lehet 6M:rendkívüli összetettség, számonkérhetőség

58 5.? 3 db javaslat a hátralévő időre? 1M: Tudományos a tervek és műhelyek: a teljesítések jobb összhangja 2M: aki eddig nem teljesített azzal ne kössünk szerződést-az indikátorok teljesüljenek decemberre- ésszerűbb indikátor 1. nyomonkövetés 3M:annak fizessünk aki teljesít 4M:kereteket lehessen átcsoportosítani-helyi publikálási lehetőségek 5M: reális indikátorokat vállaljunk- legyen annak teljesítésére egy stratégia-ezt kérjük számon 6M:kifizetések felgyorsítása-munkaszerződések a projekt végéig-változás jelentések felgyorsítása

59 6.? mi a projekt gyengesége? Tudományos 1M: csak a műhelyek: humán infrastruktúrát fejleszti, dologi kiadásokra nincs forrás 2M: nincs elég fegyelem a vállalások teljesítésében és 1. a határidők tartásában 3M:túl heterogén a projekt 4M:túl bürokratikus, 5M:szokatlan a rendszeresség, divergens a projekt 6M:üzemelési költség hiánya

60 7.? Mi az ami a projekt nélkül nem történt volna meg? Tudományos 1M: sokkal műhelyek: kevesebb publikáció készült volna 2M:nem lett volna ennyi publikáció, a fiatalokat nem lehetett volna bevonni ipari kutatásokba 1. 3M: a kutatói minőség + a Miskolci Egyetem érdeke (=kutatóegyetemmé válás) és az IF-os folyóiratokban való publikálás közötti kapcsolat pozitív előjellel való emlegetése pozícióban lévő emberektől is. 4M:nem lett volna ennyi kutatási idő, publikáció, konferencia részvétel 5M: új anyaginformatikai témák 6M: a fejlesztések (humán + infrastruktúrális)

61 Jószerencsét a Tudományos műhelyek: 1. további munkához és köszönöm, hogy meghallgattak!