Νανοτεχνολογία / Προηγμένα Υλικά
Οι ερευνητικές προσπάθειες του Ινστιτούτου στον τομέα της Νανοτεχνολογίας και των Προηγμένων Υλικών στοχεύουν στην κατανόηση των θεμελιωδών ζητημάτων των νανοδομημένων συγκροτημάτων και της ατομικής διάταξης και τελικά στην προσαρμογή των τελικών ιδιοτήτων των υλικών και των λειτουργικών τους χαρακτηριστικών. Οι ερευνητικές δραστηριότητες αφορούν τρεις κύριους στόχους: (i) να σχεδιάσουν και να αναπτύξουν καινοτόμες νανοδομές σε διάφορες διαστάσεις και λειτουργικά υλικά για στοχευμένες εφαρμογές, (ii) να προσαρμόσουν (νανο-) υλικά σε συσκευές και να βελτιστοποιήσουν την απόδοσή τους, και (iii) να διερευνήσουν τις επιπτώσεις της νανοτεχνολογίας στην ενέργεια, το περιβάλλον, την υγεία και την ασφάλεια. Για την επίτευξη αυτών των στόχων, οι μέθοδοι σύνθεσης υλικών και οι μέθοδοι παραγωγής σε νανοκλίμακα προχωρούν παράλληλα με τεχνικές προηγμένου χαρακτηρισμού και προσεγγίσεις μοντελοποίησης/προσομοίωσης.
Σύνθεση υλικών: Αρχιτεκτονικές, συναρμολογήσεις και καινοτόμες μέθοδοι παραγωγής
Φυσικές/χημικές προσεγγίσεις τύπου «από κάτω προς τα πάνω» και «από πάνω προς τα κάτω» αναπτύσσονται για τη σύνθεση / παραγωγή / διαμόρφωση λειτουργικών χαρακτηριστικών νανοδομημένων υλικών, κρυστάλλων χαμηλής διάστασης (μιας και δυο διαστάσεων), πολυμερών, σύνθετων υλικών και άμορφων υλικών. Οι μοναδικές ιδιότητες αυτών των υλικών μπορούν να δώσουν τη δυνατότητα για ριζική πρόοδο στην επιστήμη και την τεχνολογία. Η ελεγχόμενη συναρμολόγηση νανοδομών είναι απαραίτητη για την κατανόηση καινοτόμων σχεδίων αρχιτεκτονικής που βασίζονται στην ιεραρχική οργάνωση των νανοϋλικών. Επιπλέον, οι βασικές δραστηριότητες περιλαμβάνουν την ανάπτυξη γενικευμένων και προσαρμόσιμων μεθόδων σύνθεσης/νανοπαραγωγής (π.χ. μέθοδοι υποβοηθούμενες με λέιζερ, απόθεση χημικών ατμών σε χαμηλή θερμοκρασία, κλπ.) που είναι οικονομικά αποδοτικές, φιλικές προς το περιβάλλον και έχουν δυνατότητες αναβάθμισης σε μεγαλύτερη κλίμακα. Το ΙΕΧΜΗ είναι μέλος του Graphene Flagship και συντονίζει το Κέντρο Γραφενίου ΙΤΕ.
Προηγμένος Χαρακτηρισμός
Ο χαρακτηρισμός των υλικών καλύπτει τρεις κύριες κατευθύνσεις, δηλαδή τη μορφολογία (τοπολογία), την ατομική δομή και τη σύνθεση, χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό τεχνικών για την ανίχνευση ιδιοτήτων όγκου και επιφάνειας. Παρακινούμενοι από τις προκλήσεις νανοκλίμακας (μη ομοιομορφία σε μεγέθη και σχήματα, παρουσία συσσωματωμάτων κλπ.), καταβάλλονται συστηματικές προσπάθειες για να βελτιωθούν οι πειραματικές μέθοδοι πολύ πέρα από τις τυπικές δυνατότητές τους, προσφέροντας έτσι έναν πιο αξιόπιστο χαρακτηρισμό σύνθετων νανοδομημένων υλικών. Αυτό επιτυγχάνεται κυρίως με τη χρήση ερευνητικών εργαλείων κατάλληλα για νανοτεχνολογία, π.χ. ποσοτικό SERS, περιβαλλοντικό SEM, μη γραμμικά οπτικά κλπ. Η βελτιστοποίηση και η συνεχής ανάπτυξη των μεθόδων βοηθούν στην απόκτηση ειδικών τεχνικών δεξιοτήτων και ικανοτήτων που μπορούν να ωφελήσουν άμεσα τις ΜΜΕ και τη βιομηχανία σε εθνικό και σε ευρωπαϊκό επίπεδο.
Μοντελοποίηση και Προσομοίωση
Η ανάπτυξη νέων εργαλείων μοντελοποίησης και προσομοίωσης είναι το κλειδί για το σχεδιασμό, τη σύνθεση και τις προηγμένες διαδικασίες χαρακτηρισμού. Αυτά τα εργαλεία μπορούν να υποστηρίξουν την ερμηνεία των πειραματικών δεδομένων, να προσφέρουν κατανόηση των ιδιοτήτων του υλικού σε κλίμακες μήκους και χρόνου που θα ήταν απρόσιτες από τα πειράματα και να καθοδηγήσουν τον πειραματισμό προς νέα ή βελτιωμένα υλικά. Για το σκοπό αυτό, αναπτύσσονται μέθοδοι προσομοίωσης πολλαπλών κλιμάκων που καλύπτουν το εύρος από την ατομική έως τη μακροσκοπική κλίμακα. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις διεπιφάνειες μεταξύ διαφορετικών τύπων υλικών ή διαφορετικών φάσεων του ίδιου υλικού, καθώς και στην ενσωμάτωση ανόργανων και χαμηλών διαστάσεων υλικών σε πολυμερείς μήτρες. Ο συνδυασμός πειραματικών τεχνικών με τεχνικές μοντελοποίησης μπορεί να παρέχει τρισδιάστατες αναπαραστάσεις της δομής του υλικού και βοηθά στην πρόβλεψη τελικών ιδιοτήτων από μικρό δείγμα πειραματικών δεδομένων.