Alkalmazott Anyagtudomány és Nanotechnológia Kiválósági Központ „Félidős konferencia” 2012. június 5-én
Vezető: Dr. Roósz András
Helyettes vezető: Dr. Mertinger Valéria Projekt asszisztens: Dr. Voith Katalin
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.
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)
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:-
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)
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.
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
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
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
A 3104 ötvözetek alakíthatóságának növelése a 0,2 -0,35 mm vastagsági tartományban- ALCOA-KÖFÉM Kft Szerkezetvizsgálatok: Fény és elektronmikroszkópi szövetvizsgálatok, öntött állapot szél
közép
szekunder dendritág távolság, mikrométer
90 80 5-ös hely
70 60 50 40
1-es hely
30 20 10 0 0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
távolság a felülettől, mm
250,00
300,00
0 0 1 1 2 2 2 3 3 4 4 4
A 3104 ötvözetek alakíthatóságának növelése a 0,2 -0,35 mm vastagsági tartományban- ALCOA-KÖFÉM Kft Szerkezetvizsgálatok: Röntgendiffrakciós textúra vizsgálatok az alakított és lágyított mintákon
0 0 1 1 2 2 2 3 3 4 4 4
b) H10K (200)
0 0 0 1 1 1 1 2
. . . . . . . .
0 0 0 1 1 1 1 2
. . . . . . . .
e) H10L (200) 0 0 1 1 2 2 2 3 3 4 4 4
c) H10K (220)
. . . . . . . .
d) H10L (111)
a) H10K (111)
Lágyítás 1mmnél
0 0 0 1 1 1 1 2
f) H10L (220)
Nyomásos öntés hőtranszport folyamatának megoldása A megszilárdulási és hűlési folyamat szabályozása hűtőrendszerrel
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)
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.
Ni3Sn4
SnxCuyNiz Az olvadék állapotú forraszötvözetből eltávolított Ni3Sn4 (nagy) és Snx(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.
Elektronikai forrasztások ED-XRF vizsgálata Fluoreszcens röntgensugaras analízis • gyors (<300sec) és viszonylag pontos (0,1%) • multi elemes és roncsolás mentes primer röntgensugár • 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
fluoreszcens röntgensugár
elektron
A mérés elméleti háttere
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.
Ón tűkristályok megjelenése mikroelektronikai alkatrészen
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
Saját fejlesztésű berendezés tűkristályok növesztésére
Következtetések:
1. A terhelési idő növelésével növekedni fog a képződő tűkristályok darabszáma és a sűrűség (pl.: 1óra 20000/mm2 ; 4 óra 50000/mm2) 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
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)
A nano-egyensúlyok alapkérdése: Gibbs, vagy Kelvin?
BAY-NANO Nanotechnológiai Kutatóintézet
George Kaptay Hungary, Miskolc BAY-NANO + Uni-Miskolc
BAY-NANO Nanotechnológiai Kutatóintézet
(1869) William Thomson (Lord Kelvin) 1824 - 1907
(1878) Josiah Willard Gibbs 1839 - 1903
BAY-NANO Nanotechnológiai Kutatóintézet
Kelvin (Gibbs-Thomson) or Gibbs? Kelvin (curvature)
Gibbs (specific surface area)
1 1 GΦ − G = σ Φg ⋅ Vm ,Φ ⋅ + r1 r2 b Φ
2 ⋅ σ ⋅ Vm r
2r
δ
0
GΦ − GΦb = AS ,Φ ⋅ σ Φs ⋅ VΦ ,m
3 ⋅ σ ⋅ Vm r
(σ in + σ out ) ⋅ Vm
δ
BAY-NANO Nanotechnológiai Kutatóintézet
Contradictions in the Kelvin equation 1 1 p = p + σ ⋅ + r1 r2 o
Laplace (1806):
Gibbs (1878):
GΦ = U Φ + p ⋅ VΦ − T ⋅ S Φ + AS ,Φ ⋅ σ Φs ⋅ VΦ ,m
1 1 GΦ = U Φ + p ⋅ VΦ − T ⋅ SΦ + σ Φs ⋅ VΦ , m ⋅ + r1 r2 o
Contradicitions: 1. Gibbs (external pressure) – Laplace (inner pressure) 2. The surface term of Gibbs is “forgotten” 3. Laplace follows from Gibbs - why to substitute back? 4. Kelvin does not work for not curved nano-phases (such as thin films, crystals)
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)
Szorbensek fejlesztése 2 KK 4 TM Kémia
A Fe-hidroxid szorbens pórusszerkezete 140
Volume of sorbed nitrogen, cm3 (STP)
120
100
80
60 Fe(OH)3 90 C Fe(OH)3 350C
40
Fe(OH)3 850C
20
0 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
p/p0
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.
A megkötött arzén visszanyerése 2
1,8
1,6
Mobilised As, mg/g
1,4
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. Solvents
1 M Na2CO3
1 M (NH4)2CO3
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.
A szorpciós helyek elfoglaltsága 1,2
1
Sorbed ion, mMg-1
0,8
0,6
0,4
0,2
0 Cu(II)-nitrát
Pb(II) nitát
Hg(II)klorid Solutions
Cd(II) klorid
Zn(II)nitrát
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.
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)
Rövidtávú diffúzió által végbemenő folyamatok sejt automata szimulációinak skálázása Készítette: Gyöngyösi Szilvia Dr. Barkóczy Péter
Rövidtávú diffúzió által végbemenő folyamatok sejt automata szimulációinak skálázása 2 Dimenziós sztochasztikus automata
Szemcsedurvulás szimuláció Qhajtóerő = 0
t
d = d 0 + kt 2
2
Q k = k0 exp − RT
Q1 ln (k ) = k0 − RT
2 Dimenziós sztochasztikus automata Újrakristályosodás szimuláció Qhajtóerő = Qtárolt
t
F = 1 − exp(− Bt n )
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) 198 - 204, (b) Dinamikus újrakrostályosodáa szimulációja. Szimuláció által számított szerkezet
Sejt automata skálázása 1 0,9 0,8 0,7 0,6 sejt automata OFHC Cu
F 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 190
200
210
220
230
240
250
260
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.
2 Dimenziós sztochasztikus automata Allotróp átalakulás szimuláció skálázása
200 μm
ST34 anyagminőségű acél szövetképe
A sejtautomata által számított szerkezet
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)
Kutatási kompetenciák 1. Klinikai farmakológiai kutatás és képzés 2. Klinikai diagnosztika 3. Rekreáció, humánélettani, foglalkozásegészségügyi kutatások 4. Nanobiotechnológia, regeneratív medicina
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
Méret-meghatározás (DLS) nehézsége nanoanyagok esetén – hidrodinamikus radius
Spherikus vs. fibrilláris (liposzóma – CNT). Utóbbi esetében a DLS nem megfelelő
Bazofil sejtek (allergiáért felelős) aktivációja nanoanyagok jelenétében
1. Lipid alapú ‹ polimer (PAA) ‹ CNT (a “soft” alapú kevésbé aktivál, mint a “hard”) 2. A CNT felszíni módosítás, funkcionalizálás (OH vs. COOH) jelentősen módosítja biológiai hatást.
Immunválasz lefolyása szempontjából fontos dendritikus sejtek aktiválódása nanoanyagok hatására 0,5
0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2
**
CD 123+ DC % CD 11c+ DC %
0,15 0,1 0,05 0
A negatív kontrollhoz képest minden vizsgált nanoanyag szignifikánsan aktiválja a dendritikus sejteket
Tudományos műhelyek:
1.
A 2.sz. KK tudományos műhelyeinek indikátor teljesítése 2012 május végén:
Tudományos műhelyek:
1.
Tudományos műhelyek:
1.
Tudományos műhelyek:
1.
Tudományos műhelyek:
1.
Tudományos műhelyek:
1.
Tudományos műhelyek:
1.
Tudományos műhelyek:
1.
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
Publikációs lehetőségek: Tudományos műhelyek: Bányászati és Kohászati Lapok, nov különszám, 15-20 cikk (10 oldal)
1. Anyagmérnöki tudományok, Kari kiadvány ( lektorált folyóirat) MTMT-ben, március vége, magyar, angol nyelvű, 10-15 oldal, Egészségtudományi Közlemények (lektorált folyóirat) létrehozása
Materials Science Forum, különkiadás, szeptember 30 kézirat, nov 30 lektorálás-javítás, január, megjelenés,
Tudományos műhelyek:
1.
Tudományos műhelyek:
1.
Tudományos műhelyek:
1.
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
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
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
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
5.? 3 db javaslat a hátralévő időre?
Tudományos 1M: 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
6.? mi a projekt gyengesége ?
Tudományos 1M: csak aműhelyek: 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
7.? Mi az ami a projekt nélkül nem történt volna meg?
Tudományos 1M: sokkalműhelyek: 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)
Jószerencsét a további munkához
Tudományos műhelyek:
1.
és köszönöm, hogy meghallgattak!