Magyar – Koreai Közös Kutatási Program

Hungary - Korea Joint Research Programme

2022.1.2.5-TÉT-IPARI-KR-2022-00006

Fém nanoklaszterek tulajdonságainak hangolása 2D kristályok felületén

Engineering the properties of metal nanoclusters on 2D crystals

A projekt összefoglalója:

Az anyagok szerkezetének atomi pontosságú megmunkálása, minden korábbinál nagyobb lehetőségeket kínál tulajdonságaik tervezett alakítására. A fém nanorészecskék kulcsfontosságú szerepet töltenek be számos alkalmazásban az infokommunikációs technológiáktól a katalizátorokon át a gyógyászati alkalmazásokig. Mivel tulajdonságaik különösen érzékenyek szerkezetük atomi létékű részleteire, így a szerkezet atomi szintű módosításával új tulajdonságok alakíthatók ki. A jelen projekt keretében a fém nanorészecskék (nanoklaszterek) és a 2D kristályok kölcsönhatását kívánjuk kihasználni új/torzult szerkezetű fém nanoklaszterek létrehozására, amelyek nem léteznek (nem stabilak) önálló formában vagy más hordozók felületén. Vizsgálni fogjuk ezen új nanoszerkezetek elektromos, mágneses, optikai és katalitikus tulajdonságait, összefüggéseket állítunk fel a tulajdonságok és az atomi szerkezet között, annak érdekében, hogy lehetővé tegyük tervezett tulajdonságokkal rendelkező anyagok kialakítását. A kutatás eredményeitől olyan területeken várunk jelentős előrelépést, mint az ultra-nagy sűrűségű mágneses adattárolás, vagy a nagy hatékonyságú és olcsó katalizátorok. Arra törekszünk, hogy a projekt során kifejlesztett eljárások mindegyike könnyen skálázható legyen, ezáltal lehetővé tegye az alkalmazásokban történő felhasználásukat.

Summary of the project:

Engineering the structure of materials at the atomic level allows an unprecedented control over their properties. Metal nanoparticles and nanoclusters are of key importance for various applications form ICT to catalysis and medicine. The properties of such nanostructures are highly sensitive to the atomic level structural details, therefore, the atomic scale control of their structure enables the engineering of novel properties. Within this project, we propose to explore the interaction of metal nanoclusters with 2D crystals to enable the growth of novel cluster structures, not stable in free-standing form or on other substrates. We will investigate the electronic, magnetic, optical and catalytic properties of such novel metal nanoclusters/2D crystal systems, and establish correlations between properties and atomic structure, to enable the rational design of novel properties. The expected outcome holds the potential to bring substantial advance in the areas of ultra-high-density magnetic data storage or highly efficient and cost-effective catalysts. All sample preparation and engineering techniques developed within the project will be fully scalable, therefore directly relevant for applications.

A projekt jelentősége:

A projekt fő célkitűzése, hogy olyan új hibrid anyagokat fejlesszen ki, fém nanorészecskék és 2D kristályok kombinációjával, amelyek kiaknázzák a fém nanoszerkezetek és a 2D kristályok között fellépő kölcsönhatásokat, teljesen újszerű vagy továbbfejlesztett elektromos, mágneses és katalitikus tulajdonságokkal felruházva azokat. A 2D kristályokból és nanoszerkezetekből felépülő hibrid anyagok úgy a felfedező kutatások, mint az új technológiai fejlesztések szempontjából is a nemzetközi kutatások és fejlesztések fókuszában vannak. Az itt javasolt projekt egy új és innovatív megközelítést javasol ilyen anyagok előállítására és tulajdonságaik hangolására, amelyek saját fejlesztésű előállítási módszereken (módosított elektrokémiai dekoráció), illetve a legkorszerűbb, közvetlenül a nemzetközi élvonalba tartozó kísérleti vizsgálati módszerek (SEMPA, spin-polarizált STM, pásztázó elektrokémiai mikroszkóp, SNOM) alkalmazásán alapul. Az alapötlet, hogy új fém nanoklaszter szerkezetek stabilizálhatók a megfelelően megválasztott 2D kristállyal való társítás/kölcsönhatás következtében szintén eredeti és működőképességét saját előzetes eredmények támasztják alá. Bár a projektet nem közvetlenül ipari partnerekkel közösen fog megvalósítani, annak céljai közvetlenül relevánsak olyan korszerű alkalmazások számára, mint az ultra-nagy sűrűségű mágneses adattárolás vagy a környezetbarát energiahordozók (pl. hidrogén) költséghatékony előállítása. Ezt erősítendő, a projekt során kifejleszteni tervezett előállítási és megmunkálási eljárások mindegyike könnyen skálázható lesz, azaz ezek közvetlenül is relevánsak lesznek az alkalmazások és az ipar számára.

Várható hasznosulás:

A jelen projekt elsődleges haszna egy új tudásanyag és az ehhez kapcsolódó hazai know-how és kompetenciák létrehozása az anyagtudomány nemzetközi élvonalába tartozó anyagcsaládról, amely a következő évtized innovatív alkalmazásainak alapanyagai lehetnek. A kutatás eredményeit nemzetközi tudományos folyóiratokban fogjuk publikálni, köztük vezető szakmai folyóirataiban. Bár a jelenlegi fázisban még nem dolgozunk együtt ipari partnerekkel, a projekt eredményei direkt módon relevánsak olyan csúcstechnológiás alkalmazások számára, mint az ultranagy sűrűségű mágneses adattárolás, vagy nanokatalizátorok környezetbarát energiahordozók költséghatékony előállítására. A projekt során kiemelt figyelmet fordítunk, hogy a kidolgozott új nanotechnológiai eljárások skálázhatók legyenek, így a kapott eredmények és tudás viszonylag könnyen transzferálható legyen az ipari partnerek felé.

Ami a technológiai fejlődésen túli társadalmi hasznosulást illeti, egy évtizedes hagyományra visszatekintő, kiemelkedően sikeres Koreai-Magyar tudományos együttműködés folytatását teszi lehetővé a nanotechnológia területén, kiválóan demonstrálva, hogy a két ország közötti tudományos együttműködések hosszútávon is tudnak kiemelkedően sikeresek lenni, amely tovább erősíti a két ország tudományos kapcsolatait.