Materiály pro energetiku a environmentální technologie

Výzkum je zaměřen na pokročilé materiály, nanomateriály, nanoplniva a kompozitní/nanokompozitní materiály. Výzkum uvedených materiálů začíná návrhem s využitím molekulárních simulací a pokračuje přípravou/syntézou uvedených materiálů, jejich charakterizací, testováním vlastností a možných aplikací a studiem dopadů účinků nanomateriálů na životní prostředí. Mezi studované materiály patří uhlíkaté nanomateriály, jílové minerály, nanočástice kovů a jejich oxidů, polymerů a biologicky aktivních látek. Aplikace vyvinutých produktů zahrnují materiály s antimikrobiálními účinky, sorbenty, katalyzátory a fotokatalyzátory, multifunkční polymerní materiály a kompozitní materiály, vodivé polymery, materiály pro akumulaci a uchovávání energie aj.

• Molekulární simulace a designe materiálů a nanomateriálů
• Příprava a syntéza pokročilých materiálů, nanomateriálů a kompozitních materiálů
• Charakterizace pokročilých materiálů, nanomateriálů a kompozitních materiálů
• Testování pokročilých materiálů, nanomateriálů a kompozitních materiálů a jejich aplikace
• Dopad nanomateriálů a nanotechnologií na životní prostředí

Molekulární modelování a design materiálů a nanomateriálů

Molekulární modelování pomocí silových polí je účinným nástrojem pro studium nanomateriálů. Použití silových polí umožňuje pracovat s velikými modely obsahujícími více než deset tisíc atomů. Kromě možnosti nalezení nejnižší potenciální energie studovaného systému a jí odpovídající geometrii dané struktury lze studovat rovněž nevazebné interakce mezi jednotlivými komponenty nanokompozitu, směsi, roztoku apod.

Příprava a syntéza pokročilých materiálů, nanomateriálů a kompozitních materiálů

Pro přípravu a syntézu pokročilých materiálů a nanomateriálů jsou využívány metody fyzikální, chemické i biologické. Z fyzikálních metod jsou to zejména různé metody mletí podle požadavků na velikost konečné frakce. Z dalších metod jsou k dispozici fyzikální depozice par (PVD), zmenšování pomocí vodního paprsku a litografie. Z chemických metod jsou to zejména metody precipitační, exfoliační a superkritická fluidní technologie. Biologické metody pak k přípravě nanočástic využívají zejména rostlinné organismy. Mezi připravované materiály patří nanočástice kovů a jejich oxidů nebo sulfidy a grafenový materiál, které se dále používají například jako plniva/nanoplniva do kompozitních materiálů polymerních či keramických, nebo se kotví na jílové nosiče pro specifické aplikace.

Charakterizace pokročilých materiálů, nanomateriálů a kompozitních materiálů

Připravené materiály jsou charakterizovány s využitím metod pro jejich strukturní a morfologické vlastnosti (STEM, AFM, optická mikroskopie, XRD), fyzikální vlastnosti (distribuce velikosti částic, Zeta-potenciál, velikost povrchu aj.) a chemické vlastnosti (spektrometrické metody, AAS, AES-ICP, ICP-MS, XRFS, UV/VIS, chromatografické metody GC/MS, GC/MS/MS, UPLC/DAD/FD, HPLC/DAD/RI, GPC metoda stanovení fázového uhlíku aj.).

Testování pokročilých materiálů, nanomateriálů a kompozitních materiálů a jejich aplikace

Připravené materiály, nanomateriály, nanočástice a nanoplniva jsou používány pro řadu aplikací, například jako sorbenty pro čištění odpadních a kontaminovaných vod a ovzduší (VOC, PAU, ropné látky, léčiva a hormony aj.), jako katalyzátory a fotokatalyzátory pro odstraňování znečišťujících látek, pro přípravu kompozitních materiálů s antimikrobiálními účinky, pro výzkum a vývoj baterií a zařízení pro akumulaci a uchovávání energie, pro materiály s využitím v medicíně.

Vliv nanomateriálů a nanotechnologií na životní prostředí

Vliv nanomateriálů a nanotechnologií na životní prostředí je studován zejména prostřednictvím rostlinných organismů, např. mechů. Ve spolupráci s jinými pracovišti jsou rovněž sledovány antimikrobiální účinky vyvíjených materiálů a nanomateriálů.