Projektowanie nowych funkcjonalnych material

1
Projektowanie nowych funkcjonalnych materialów
teoria i praktyka

• Wyklad dla doktorantów
• i w-d monograficzny dla specjalizantów
• 2002/2003
• dr Wojciech Grochala
• piatek, 1200 1330, sala 301

2
(No Transcript)
3
WYKLAD I
A.        Dlaczego chemia materialowa jest tak
wazna? Ekonomia zagadnien przemyslowych.
Najwazniejsze przedmioty badan. B.       
Zdrowy schemat badan naukowych. Firmy
spin-offowe. Venture capital. Proces
patentowy. C. Struktura elektronowa, wibracyjna
i rotacyjna molekul przypomnienie. D.       
Przejscie fazowe gaz cialo stale. Struktura
pasmowa i fononowa ciala stalego.
4
Normalny schemat finansowania badan i rozwoju
nauki



Research
Inventions/Patents
Publications
Applications/Sales
5

• Kinetyka przeplywu pieniedzy i idei stymulowana
  jest etapem ze sprzezeniem zwrotnym

Research
Inventions/Patents
Publications
Applications/Sales
AUTOKATALIZA
6
Wielcy ludzie chemii materialowej
Alfred Bernhard Nobel (Szwecja)
Ernest Gaston Solvay (Belgia)
Ignacy Moscicki (Polska)
Maria Sklodowska-Curie (Polska)
1838-1921 Na2CO3
1833-1896 dynamite
1867-1946 nitric acid /ammonia
1867-1934 Polon/Rad
7
Poprawny schemat badan
Idea
Define the most important Problem/Challenge
Is it important?

NO
YES
Means to solve it
YES
NO
Solve the problem
YES
Solution
8
Jak wcielic rozwiazanie w zycie?
Wynalazek
Firma
Przeplyw kapitalu
ETAP WYSOKIEGO RYZYKA
Rozwój projektu
BADANIA
OPCJA SPRZEDAZY TECHNOLOGII
KONIEC FAZY LABOATORYJNEJ (np. dzialajacy
prototyp)
PROTOTYP TECHNOLOGICZNY
PRODUKCJA I SPRZEDAZ NA RYNKU
9
Osrodki akademickie i naukowo-badawcze
fundusze rzadowe
Parki technologiczne
fundusze rzadowe i prywatne
angel investor
Centra innowacji
seed investment
Inkubatory przedsiebiorczosci
kapital prywatny i rzadowy
Venture capital
kapital prywatny
Inwestorzy strategiczni
Pomysl
Prototyp
Spin-off
Kolejne rundy finansowania
SUKCES RYNKOWY
10
Ochrona wlasnosci intelektualnej
Wynalazek
Zaawansowany pomysl
Wniosek patentowy
Pre-patent
Badania
Patent
Ocena zysku, ryzyka etc.
Konsulting
Sprzedaz lub licencjonowanie wynalazku
Uruchomienie wlasnej produkcji
11
Best scientific journals for materials (2000
data)
12
Nature (IF 25.8) Subject Areas
Biotechnology Cancer Chemistry NEW! Clinical
Medicine Dentistry Development NEW! Drug
Discovery Evolution Ecology
Genetics Materials Medical Research Molecular
Cell Biology Neuroscience Pharmacology Physics Ear
th Sciences NEW!
13
Najwazniejsze przedmioty badan.

• Pojedyncze molekuly (gaz, matryca lub tip
  mikroskopu)
• Male zbiory identycznych (klastry) i róznych
  molekul (oddzialywania)
• Sredniej wielkosci molekuly (nanochemia i chemia
  supramolekularna)
• Stan cieklokrystaliczny
• Stan ciekly
• Stan nadciekly (ciecze bozonowe)
• Stan staly (bulk)
• Powierzchnia ciala stalego i pseudostalego (blony
  kom.)

14
Przyklady

• pojedyncze molekuly gaz BeH2
• pojedyncze molekuly matryca H2
• pojedyncze molekuly tip C2H2
• klastry H2O
• oddzialywania róznych molekul C6H6/NH3
• nanochemia noble gas (endohedral)/C60
• chemia supramolekularna BEDT/TTF/inorg.
• stan staly (bulk) supercond. Li (high press.)
  MgB2
• powierzchnia ciala stalego HCl/H2O
• powierzchnia ciala stalego C2H2/Ni(110)
• inne 1D Au chains

Science 297, 1323-1324 (2002) Nature 419, 906-909
(2002) Science 280, 1732 (1998) Nature 393,
671-673 (1998) Nature 362, 735-737 (1993) Science
271, 1693-1697 (1996) Nature 408, 447-449
(2000) Nature 419, 597-599 (2002) Nature 410,
63-64 (2001) Science 298, 69-69 (2002) Nature
417, 269-271 (2002) JACS 121, 8479-8485
(1999) Science 297, 1853-1856 (2002)
15
Struktura elektronowa, wibracyjna i rotacyjna
molekul przypomnienie.
H H
T1
S0
H H
H H
?u
?g
16
Przejscie fazowe gaz cialo stale. Struktura
pasmowa i fononowa ciala stalego.

• dyskretne poziomy elektronowe
• ? pasma energetyczne
• b) oscylacje
• ? drgania fononowe
• c) rotacje i translacje
• ? niskoczestosciowe drgania fononowe

17
dyskretne poziomy elektronowe ? pasma energetyczne
18
E
0
?/2a
k ??
19
E
E eV
EF
dyspersja pasma
0
?/2a
DOS states/eV
folding pasm w przestrzeni odwrotnej, dla
komórki elementarnej zawierajacej 1 atom H (a nie
2)
20
dyspersja pasm mala
dyspersja pasm duza
21
oscylacje ? drgania fononowe
H H
H ?? H H H
H H H H H H H H H
stopnie swobody 6 3 ? 9 1 osc., 1 (2 x zdeg.)
rot., 3 transl. 3 translacje ? 2 osc.
rozc., 1 (2 x zdeg.) osc. def., 1 (2 x zdeg.)
rot., 3 transl.
22
mod optyczny
mod akustyczny
23
H H H H ?? H H H H
H H H H ?? H H H H
24
Rozwój widma fononowego 1D polimeru (H)n
25
Dystorsja Peierlsa wzdluz fononu optycznego dla
1D polimeru (H)n
26
(No Transcript)
27
(No Transcript)
28
(No Transcript)
29
EF
isolator
semicond.
metal
supercond.
30
Wyrównanie poziomów Fermiego katalizatora i
adsorbentu poprzez zmiany struktury elektronowej
na powierzchni np. transfer ladunku
LUMO
EF
EF
HOMO
Teoria katalizy na pólprzewodnikach
31
Reorganizacja powierzchni ciala stalego
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si(100)(2x1)
Si
Si
Si
32
Chemistry of kinks steps Ge(001) surface
Si2