Inga Pudža

Mikrotīkla stipnedijas ieguvēja kopš 2017. akad. gada.

Pētījuma tēma ir “Funkcionālo materiālu eksperimentālie un teorētiskie pētījumi sensoru pielietojumiem”.

Lai izveidotu sensoru ar labākajām īpašībām, ir jābūt skaidram tā funkcionēšanas mehānismam. Tam nepieciešami fundamentālie pētījumi. Svarīga ir kontrolēta materiālu sintēze un to struktūras raksturošana, izmantojot dažādas vienu otru papildinošas eksperimentālās metodes. Materiālu pētījumiem ne mazāk svarīga ir teorētisko aprēķinu veikšana un modelēšana.

Doktordarbā uzsvars tiek likts uz termohromiem materiāliem, kas maina savu krāsu un struktūru temperatūras ietekmē.

Vara molibdāts (CuMoO₄) ir pievērsis savu uzmanību ar savām izteiktajām termohromajām un pjezohromajām īpašībām, kas izpaužas plašā temperatūru diapazonā. Temperatūras un/vai spiediena ietekmē materiāls pakāpeniski maina savu krāsu no gaiši zaļas uz tumši brūnu, gan režģa deformācijas, gan elektronu-fononu mijiedarbības dēļ. Krāsas maiņa ir atgriezeniska. Manipulējot ar CuMoO₄ struktūru (piemēram, aizstājot Mo⁶⁺ jonus ar W⁶⁺ vai Cu²⁺ jonus ar Zn²⁺, Co²⁺, Mg²⁺), iespējams mainīt materiāla optiskās īpašības un iegūt kādu no CuMoO₄ fāzēm, kas ir stabilas ekstrēmos apstākļos.

Dažādiem sensoru vai indikatoru pielietojumiem pie temperatūras zem ~150°C tiek izmantoti organiskie savienojumi vai šķidrie kristāli. Augsto temperatūru diapazonā tie nav tik stabili un būtiska priekšrocība ir neorganiskajiem materiāliem, kam ekstrēmos apstākļos piemīt augstāka stabilitāte un izturība, tāpēc svarīgi ir tādu savienojumu kā CuMoO₄ no temperatūras atkarīgi pētījumi. Šāda veida funkcionālo materiālu ieviešana tehnoloģiskajos pielietojumos varētu ne tikai vienkāršot tehnoloģiju, bet arī ievērojami samazināt izmaksas.

Šajā pētījumā tiek meklēta korelācija starp vara molibādta (CuMoO₄) lokālo struktūru un termohromajām īpašībām. Jāpiebilst, ka bez termohromām un pjezohromajām īpašībām vara molibdātam un tā cietajiem šķīdumiem ar citiem elementiem piemīt arī tribohromās, halohromās, katalītiskās un antibakteriālās īpašības, kas paver perspektīvas to izmantošanai dažādiem tehnoloģiskiem pielietojumiem. Šo molibdātu funkcionālās īpašības ir cieši saistītas ar to struktūru, tāpēc nepieciešami strukturālie pētījumi, lai izskaidrotu, kādi efekti ir atbildīgi par materiāla krāsas maiņu.

Materiāla lokālās struktūras pētījumiem tiek izmantota gan rentgenstaru absorbcijas spektroskopija (XAS), gan rezonanses rentgenstaru emisijas spektroskopija (RXES). Liela daļa no eksperimentiem ir veikti sinhrotronā starojuma centros, piemēram, ELETTRA (Itālijā) un PETRA III (Vācijā). Iegūto datu interpretēšanai tiek izmantota apgrieztā Monte-Karlo metode ar evolucionārā algoritma pieeju, kas ļauj izveidot pētāmā materiāla 3D struktūras modeli.

Fundamentāla materiālu struktūras un funkcionālo īpašību izpratne ļaus novērtēt materiālu potenciālu praktiskiem pielietojumiem.