FKKT

Šifra projekta: J2-50048

Vodja projekta: prof. dr. Aleš Podgornik

Člani projektne skupine:

- dr. Darija Cör Andrejč (UM FKKT)

- Peter Debevec

- dr. Maša Knez Marevci (UM FKKT)

- dr. Amadeja Koler (UM FKKT)

- dr. Tilen Kopač

- dr. Peter Kranjc

- Ana Lisac

- dr. Anton Meden

- dr. Rok Mravljak

- dr. Muzafera Paljevac (UM FKKT)

- dr. Milica Pantič

Na mnogih področjih, kot so npr. senzorika, separacijski procesi, heterogena kataliza, itd., želimo materiale z visoko selektivno specifično površino in visoko poroznostjo, kar omogoča visoko pretočnost in s tem učinkovitost procesa, kot tudi z ustrezno strukturo dostopnih por, prilagojeno ciljnim molekulam. Idealna struktura takega materiala je zato natančno definirana že na nanonivoju in se prilagaja ciljni aplikaciji.

Naravne take strukture so kontaktni kristalni dvojčki. Gre za stik dveh ali več kristalov po točno določenem pravilu. Ker so pravila dvojčičenja definirana s kristalno rešetko samega minerala, lahko take strukture nastopajo v nanometerskih, mikrometerskih pa tudi makrometerskih dimenzijah. V primeru nastopanja dvojčičenja v več generacijah, nastanejo samopodobne strukture preko različnih velikostnih redov. Pretežno nastajajo pod pogoji nizke prenasičenosti, ki omogočajo tvorbo morfološko oblikovanih kristalov ter variiranje parametrov, ki vplivajo znatno na termodinamsko ravnotežje in posledično kristalizacijo.

Alternativni način doseganja visoke specifične površine je lahko tudi posebna – zvita oziroma ukrivljena kristalna morfologija. Tudi tovrstni kristali so že dolgo poznani v naravi, zanje pa je značilen ustrezen kot zasuka, ki posledično popolnoma spremeni morfologijo kristala, a mehanizem njihovega nastanka še ni povsem pojasnjen. Na nanometerskem nivoju so bile šele pred kratkim iz plinske faze sintetizirane zvite strukture, ki sledijo Eshelbyevemu zasuku in rastejo iz podlage, sinteza tovrstnih makroskopskih kristalov pa je še povsem neraziskana. Za naravne zvite kristale je značilno, da imajo lahko različno stopnjo zasuka, torej ukrivljenosti. Glede na to, da je selektivnost in katalitska aktivnost posameznih kristalografskih ploskev različna in odvisna od indeksa ploskve, ki določa število stopnic, lahko sklepamo, da bi v primeru definiranega zasuka kristala tudi določali gostoto stopnic in s tem površinsko energijo ploskve ter posledično njeno katalitsko aktivnost in selektivnost.

Tekom projekta bomo poskusili pripraviti navedene morfologije s kristalizacijo v superkritičnih fluidih kot sta voda in CO₂. Izbor superkritičnih pogojev temelji na specifičnih lastnostih tovrstnih fluidov, kot sta visoka gostota (primerljiva s tekočinami) in nizka viskoznost (primerljiva s plini). Zaradi tega tudi pri hitrejši kinetiki kristalizacije ne prihaja do difuzijskih omejitev in posledično difuzijske rasti. Druga, prav tako izjemno pomembna lastnost, pa je izrazito spreminjanje gostote že z majhnimi spremembami tlaka in s tem tudi stopnje prenasičenja, ki poteče skoraj trenutno po celotnem mediju.

Tekom projekta bomo zato z variiranjem termodinamskih parametrov kristalizacije v superkritičnih pogojih poskusili pripraviti navedene morfologije različnih anorganskih in organskih snovi ter analizirali potek njihovega nastanka ter lastnosti. Cilje projekta lahko strnemo v sledeče točke:

• Razumevanje mehanizma nastanka zvitih makroskopskih kristalov
• Razumevanje kristalizacije večgeneracijskih kristalnih dvojčkov iz superkritičnih fluidov
• Priprava zvitih in večgeneracijsko zdvojčičenih kristalov in določanje njihove katalitske aktivnosti ter selektivnosti v šaržnih in pretočnih sistemih