Kutatási témák részletesen

 

TreLIBS, XRF, TEM-SEM+EDS

 

Lézer indukált plazma emissziós spektroszkópia

A Lézer Impulzussal keltett Plazma Időbontott Emissziós Spektroszkópiája (LIPIES) egy sokoldalú felületfizikai és felületkémiai vizsgálati módszer. Széleskörű alkalmazási lehetőségekkel bír

- alacsonyan ötvözött fémek (vas, aluminium, ipari fémötvözet) mérése

- két-, három fő komponensű fémötvözetek (bronz, aranyékszer, orvosi fém protézisek, ) mérése,

- kriminalisztikai vizsgálatok (ólomlövedékek, üvegek, kerámiák vizsgálata),

- kőzetminták ércek, talajminták vizsgálata, környezetanalitika

- lézerrel indukált kétatomos molekulák (C2, CN) emissziójának tanulmányozása

- kerámia-, festékréteg vizsgálat,

 

Egy elrendezés főbb komponensei a következők:

·                     indukáló és mintavevő lézer:

Q-kapcsolt Nd:YAG lézer,

·                     idő- és spektrális bontást biztosítós detektor rendszer:

polikromátor

optikai sokcsatornás analizátor

 

A berendezés működése:

A Q-kapcsolt Nd:YAG lézer (impulzus energia 10 mJ, időtartama 15 ns körüli) impulzusát egy lencsével lefókuszáljuk a minta felületére, ahol a nyalábnyak átmérője 0,05-0,1 mm.. Ekkor ezen a folton a teljesítménysűrűség 0,1-10 GW/cm2). Mivel az impulzus energiája kicsi, a felületről csak 1-2 symbol 109 \f "Symbol"m vastag, 50-100 symbol 109 \f "Symbol"m átmérőjű foltból „robban ki” az anyag (ablálódik, ez a mintavétel). Ennek a mennyisége 1-2 symbol 109 \f "Symbol"g. A lézer impulzus nemcsak atomizálja ezt a mennyiséget, hanem ionizálja is az atomokat és létrejön a plazma, amely többszörös hangsebességgel tágul. A kezdeti (100 ns alatt) több 10 000 K hőmérsékletéről kb. 0,5 symbol 109 \f "Symbol"s múlva beáll 1,0-1,5 symbol 109 \f "Symbol"s-ra termodinamikai egyensúly. Ezen időtartam alatt lehet jó Atomemissziós Szinképfelvételt (AES) készíteni.

A plazma fényét leképezve egy polikromátor belépő résére, a kilépő oldalra helyezett diódasor, vagy CCD 1024 csatornáján spektrálisan bontott színkép jelenik meg. A fény detektor időkapuzását és annak adatgyűjtését, egy számítógép végzi. A polikromátor felbontó képességétől függ a vizsgált színképi tartomány. Ez lehet 500 nm, de csak 10 nm is. Az ablált réteg elem-összetételét 15-20 elemre, 10‑50 ppm relatív koncentrációig tudjuk mennyiségileg meghatározni.

 

A vizsgálható minták lehetnek

- műanyagok, műanyag bevonatok,

- felkenődött anyagok (többnyire fémek),

- felkent és megszáradt, ráégetett amorf, polimerizált felületek, párologtatott rétegek, zománcok, stb.

 

Az észlelhető elemek lehetnek

- fémek,

- félvezetők atomizált formában,

- hidrogén, molekuláris szén.

 

Alkalmazási területek

- ipari festékbevonatok (alapozással, védő lakkréteggel, pl. gépkocsi),

- festmények (művészettörténet), fémfelkenődések (kriminalisztika),

- felpárologtatott kemény rétegek (gyémánt).

 

A Lézer indukált plazma emissziós spektroszkópiájának kutatása jelenti a leírt berendezés folyamatos fejlesztését az alkalmazási területek érdekében és egyre újabb alkalmazási területek atomfizikai, spektroszkópiai, plazmafizikai, lézerfizikai összefüggéseinek felismerését.

Környezetfizikai kutatások

 

Biomassza, mint megújítható energiaforrás rendszerbeli felhasználása

A primer, a szekunder és a tercier szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú biomassza produkció fizikai, (kémiai, biológiai), energetikai, gépészeti, (gazdasági és társadalmi) összefüggéseinek vizsgálata.

A földfelszíni és a tengeri biomassza (szénhidrogén) képződés „energiaforrása” egyformán a Nap. A növényi szervezetek szénhidrogénjei, a genetikai programnak megfelelően döntően széndioxidból és vízből jönnek létre (primer produkció). A természetben és az állattenyésztés során képződik az állati szerves anyag (másmilyen szénhidrogén) és annak anyagcsere termékei (szekunder produkció). Az ember a feldolgozóiparban és a kommunális szférában a növényi és állati szerves anyagok további „feldolgozását” végzi el (tercier produkció).

 

A különböző biomassza formákban, a szénhidrátok kémiai kötéseiben „tárolt” Nap energia „felszabadítása” jelenti annak energetikai hasznosítását. Értelemszerűen a növényi és az állati szénhidrátok „energetikai hasznosítása” történik akkor is, amikor az állatok, vagy az ember megeszi azokat. Tehát nagyon fontos az ember szempontjából, hogy a biomassza „energetikai hasznosításai” közül (élelmezés, takarmányozás, üzemanyag; food, feed, fuel; FFF) ezeket a lehetőségeket a saját érdekében milyen arányban teszi meg.

 

A szilárd biomasszát (elsődlegesen fásszárú és lágyszárú növények) tüzelés útján (égetés, pirolízis) lehet közvetlenül hő előállítására használni.

A különböző formátumú biomassza alapanyagokból többféle fermentációs, erjesztéses módszerrel lehet folyékony halmazállapotú, egyszerű felépítésű, könnyen éghető vegyületeket előállítani (metanol, etanol, az utóbbi a bioetanol). Ezek hasonlóan használhatók fel Ottó motorokban, mint a fosszilis eredetű benzin. Olajos magvú növények olajtartalmát sajtolással lehet kinyerni. Ebből pedig olyan folyadék készíthető (biodízel), amely Diesel motorokban alkalmazható, mint a gázolaj.

Légnemű, metántartalmú gázok (biogáz, depóniagáz) állíthatók elő szerves anyagok anaerob lebomlása során. A biogáz pedig ugyanazon gépekben használhatjuk fel, mint ahol a földgázt alkalmazzuk.

 

A biomassza, mint megújítható energiaforrás rendszerbeli felhasználásának kutatása jelenti annak kémiai, fizikai, biológiai, energetikai, gépészeti, gazdasági és társadalmi összefüggéseinek felismerését.

 

 

Magas hatásfokú energetikai berendezések, rendszerek vizsgálata

Energiatermelés, energiatárolás, „energiaszállítás”, energiaátadás energetikai berendezésekben, hőszigetelés fogyasztói rendszerekben. Energiahatékonyság, energiatakarékosság. Az energiaforrásaink teljes rendszerének összehangolása

 

 

Additív energiaforrások integrált energetikai (szolgáltató, fogyasztó) rendszerekben”

A kimeríthetetlen források (napsugárzás, kőzethő) mindenütt, és mindig vannak, de a napsugárzás intenzitása napszak és évszak szerint jelentősen változik (éjszaka egyáltalán nincs), a kőzethő pedig nagy beruházás igényes.

A megújítható forrásoknak (biomassza formáknak) alacsony a felszíni energia sűrűsége, idényjellegűek, rohammunkát igénylő a betakarítsuk, magas a nedvességtartalmuk és nagy a szállítás igényük.

A megújuló források (szél, folyók) intenzitás értéke is jelentős időbeli változást mutat. (hol fúj, hol nem, alig van víz, vagy árvíz van).

 

A felsorolt energiaforrások alkalmazása külön-külön, az egyes források számos kedvezőtlen tulajdonságai miatt eléggé nehézkes.

Megoldás: az egyes energiaforrások addíciója

- az egyes források kombinálása időben és térben,

- hő és elektromos energia tárolók beiktatása és a

- egy fogyasztói rendszer hő és elektromos energia igényével a hő és elektromos energia szolgáltatás folyamatos összehangolása.

Biomasszát, napsugárzást, kőzethőt, szélenergiát, vízi energiát hasznosító integrált energetikai rendszerek vizsgálata. A komplex energiafogyasztó rendszerek és az őket kiszolgáló, additív forrásokat tartalmazó energiaszolgáltató rendszerek kapcsolatának kutatása (autonomitás szintje, szigetüzem, flottaüzem)

 

Az integrált energetikai rendszerek kutatása azt jelenti, hogy az említett komplex energia ellátó és fogyasztói rendszerek komponenseit összehangoljuk, hatékony együttműködésüket biztosító mérő, adatgyűjtő, vezérlő elektronikus egységeit és programját meghatározzuk, és mindezt úgy, hogy a komplex energia szolgáltató és fogyasztói rendszer energetikai hatásfoka, éves szinten minél magasabb legyen (>80 %).

 

 

Oktatás módszertani kutatások

 

„Távoktatás, nyitott oktatás, e-learning, tudásmérés”

Valószínűleg a nagy tudású tanár és a diák közvetlen, állandó, szemtől-szemben történő, interaktív formájánál nincs jobb módszer az ismeret átadására. Ezt néhány diák esetében meg lehet valósítani. Hogyan lehet viszont mindenki számára biztosítani ugyanezen feltételeket. Ezt lehet eredményesen az elektronikus eszközök (PC, digitális fényképezőgép, hanglejátszó, mobil telefon, stb.) és az internet együttes alkalmazásával, az e-leaning technikával és módszerrel megvalósítani. Ez mindenki számára rendelkezésre állhat (nyitott oktatás) és nincs „tanteremhez kötve”, bárhol, bármikor lehet tanulni (távoktatás).

A távoktatási anyag készítésének „eszközparkja” hardver oldalon: Internet csatlakozás, PC (felszereltsége az anyagok fogadására, anyagok készítésére), hang-, és video kártya, hordozható tároló eszközök (CD, DVD, szkenner, digitális kamera, pendrive, digitális-diktafon, mobil telefon, laptop, projektor,  ).

Az ismeretanyag (tananyag) „elemei” többnyire hipertext, HTML formátumban, de gyakran PPT és PDF formában jelennek meg. Ezek lehetnek folyamatos szöveges, olvasható rövid, vázlatszerű anyagok (fogalmak, képletek, események, kísérletek, képek, rajzok). Kiegészítik ezeket a megértést ellenőrző kérdések, a mennyiségi kapcsolatokat begyakorló számolásos példák. Ezek „felrakhatók” hanganyag formában is. Lehetnek animációk olyan jelenségekre, amelyek túl lassúak, vagy túl gyorsak az emberi megfigyelés ütemhez képest. Ezekből készíthetők el a véletlen generátorral az ellenőrző kérdéscsomagok, amelyeket a „végtelenségig” lehet gyakorolni. Mindezeket pedig összekapcsolják az „utalások”, a LINK-ek.

A megértést segíthetik még a konferenciabeszélgetések, hanganyagok (MP3 formátumban), képek, animációk, filmek.

 

A távoktatás, nyitott oktatás, e-learning, tudásmérés kutatása azt jelenti, hogy az összes, fentebb felsorolt technikai elemet komplex módon fogjuk összehozni a minél eredményesebb, gyakorlatias, kreatív tudás megszerzése érdekében.