1 Projektowanie nowych funkcjonalnych materiałów – teoria i praktykaWykład dla doktorantów i w-d monograficzny dla specjalizantów 2002/2003 dr Wojciech Grochala piątek, 1200 – 1330, sala 301

2

3 WYKŁAD I A. Dlaczego chemia materiałowa jest tak ważna?Ekonomia zagadnień przemysłowych. Najważniejsze przedmioty badań. B.        Zdrowy schemat badań naukowych. Firmy spin-off’owe. Venture capital. Proces patentowy. C. Struktura elektronowa, wibracyjna i rotacyjna molekuł – przypomnienie. D.        Przejście fazowe gaz – ciało stałe. Struktura pasmowa i fononowa ciała stałego.

4 Normalny schemat finansowania badań i rozwoju nauki:$$$ $$$ $$$ Research Inventions/Patents Publications Applications/Sales

5 AUTOKATALIZA $$$ $$$ $$$ Research Inventions/Patents PublicationsKinetyka przepływu pieniędzy i idei stymulowana jest etapem ze sprzeżeniem zwrotnym $$$ $$$ $$$ Research Inventions/Patents Publications Applications/Sales AUTOKATALIZA

6 Maria Skłodowska-CurieWielcy ludzie chemii materiałowej Ernest Gaston Solvay (Belgia) Alfred Bernhard Nobel (Szwecja) Ignacy Moscicki (|Polska) Maria Skłodowska-Curie (|Polska) Na2CO3 dynamite nitric acid /ammonia Polon/Rad

7 Define the most important Problem/ChallengePoprawny schemat badań: 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 wcielić rozwiązanie w życie?Wynalazek Firma Przepływ kapitału ETAP WYSOKIEGO RYZYKA Rozwój projektu BADANIA OPCJA SPRZEDAŻY TECHNOLOGII KONIEC FAZY LABOATORYJNEJ (np. działający prototyp) PROTOTYP “TECHNOLOGICZNY” PRODUKCJA I SPRZEDAŻ NA RYNKU

9 Inkubatory przedsiębiorczościOśrodki akademickie i naukowo-badawcze fundusze rządowe Parki technologiczne fundusze rządowe i prywatne “angel investor” Centra innowacji “seed investment” Inkubatory przedsiębiorczości kapitał prywatny i rządowy Venture capital kapitał prywatny Inwestorzy strategiczni Pomysł Prototyp Spin-off Kolejne rundy finansowania SUKCES RYNKOWY

10 Ochrona własności intelektualnejWynalazek Zaawansowany pomysł Wniosek patentowy Pre-patent Badania Patent Ocena zysku, ryzyka etc. Konsulting Sprzedaż lub licencjonowanie wynalazku Uruchomienie własnej 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 Earth Sciences NEW!

13 Najważniejsze przedmioty badań.Pojedyńcze molekuły (gaz, matryca lub tip mikroskopu) Małe zbiory identycznych (klastry) i różnych molekuł (oddziaływania) Średniej wielkości molekuły (nanochemia i chemia supramolekularna) Stan ciekłokrystaliczny Stan ciekły Stan nadciekły (ciecze bozonowe) Stan stały (bulk) Powierzchnia ciała stałego i pseudostałego (błony kom.)

14 Przykłady: pojedyńcze molekuły gaz: BeH2pojedyńcze molekuły matryca: H2 pojedyńcze molekuły tip: C2H2 klastry: H2O oddziaływania różnych molekuł: C6H6/NH3 nanochemia: noble gas (endohedral)/C60 chemia supramolekularna: BEDT/TTF/inorg. stan stały (bulk): supercond. Li (high press.) & MgB2 powierzchnia ciała stałego: HCl/H2O powierzchnia ciała stałego: C2H2/Ni(110) inne: 1D Au chains Science 297, (2002) Nature 419, (2002) Science 280, 1732 (1998) Nature 393, (1998) Nature 362, (1993) Science 271, (1996) Nature 408, (2000) Nature 419, (2002) & Nature 410, (2001) Science 298, (2002) & Nature 417, (2002) JACS 121, (1999) Science 297, (2002)

15 Struktura elektronowa, wibracyjna i rotacyjna molekuł– przypomnienie. H – H T1 S0 H – H H – H u g

16 dyskretne poziomy elektronowe  pasma energetyczne b) oscylacje Przejście fazowe gaz – ciało stałe. Struktura pasmowa i fononowa ciała stałego. dyskretne poziomy elektronowe  pasma energetyczne b) oscylacje  drgania fononowe c) rotacje i translacje  niskoczęstościowe drgania fononowe

17 dyskretne poziomy elektronowe  pasma energetyczne

18 E /2a k 

19 E E [eV] EF /2a DOS [states/eV] dyspersja pasma/2a DOS [states/eV] + folding pasm w przestrzeni odwrotnej, dla komórki elementarnej zawierającej 1 atom H (a nie 2)

20 dyspersja pasm mała dyspersja pasm duża

21 H – H + H  H – H – H H – H – H H – H – H H – H – Hoscylacje  drgania fononowe H – H + H  H – H – H H – H – H H – H – H H – H – H stopnie swobody:  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 wzdłuż fononu optycznego dla 1D polimeru (H)n

26

27

28

29 EF isolator semicond. metal supercond.

30 Teoria katalizy na półprzewodnikachWyrównanie poziomów Fermiego katalizatora i adsorbentu poprzez zmiany struktury elektronowej na powierzchni – np. transfer ładunku LUMO EF EF HOMO Teoria katalizy na półprzewodnikach

31 Reorganizacja powierzchni ciała stałegoSi Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si(100)(2x1) Si Si Si

32 Chemistry of kinks & stepsGe(001) surface Si2