Stanowiska z eksperymentami

 

* Postać Czochralskiego

Jan Czochralski (ur. 23 października 1885 w Kcyni, zm. 22 kwietnia 1953 w Poznaniu) –  polski chemik, metaloznawca, wynalazca powszechnie stosowanej do dzisiaj metody otrzymywania monokryształów krzemu, nazwanej później metodą Czochralskiego. To także jeden z najczęściej wymienianych polskich uczonych we współczesnej literaturze naukowej. Ta części wystawy poświęcona Profesorowi Czochralskiemu pozwoli na powrót do czasów w których żył, a tym samym na poznanie zjawiska, które zainspirowało go do prac nad monokryształami.

Otrzymywanie monokryształów

* Wyciąganie monokryształu galu metodą Czochralskiego

Wyciąganie kryształów galu metodą Czochralskiego polega na zanurzeniu w podgrzanym do temperatury 40 °C galu, chłodzonego ciekłym azotem lub suchym lodem miedzianego pręta. Rozgrzane atomy galu zaczynają oblepiać zimny pręt i formować strukturę monokrystaliczną. Za pomocą specjalnie zaprojektowanej prowadnicy CNC sterowanej z poziomu komputera, możemy precyzyjnie wyciągać formujący się monokryształ,  obracając go jednocześnie  celem uzyskania żądanego kształtu.

* Wyciąganie kryształów tiosiarczanu sodu

Na stanowisku zostanie zaprezentowany układ do wyciągania kryształów tiosiarczanu sodu (znanego odczynnika fotograficznego), przy użyciu metody Czochralskiego. Zaprezentowane urządzenie jest na tyle proste, by doświadczenie dało się powtórzyć samodzielnie w domu.

*  Modelowy reaktor Czochralskiego

Reaktor Czochralskiego do wytwarzania monokryształów to pokaz, w którym prezentujemy na przykładzie zbudowanego przez nas modelu, metodę wyciągania monokryształu. Jest to interaktywny eksponat, w którym użytkownik kręcąc korbą wprowadza zarodek do roztopionej cieczy, którą imitują kuleczki i bardzo powoli wyciąga sieć krystaliczną krzemu.

*  Modelowe wyciąganie kryształów

W trakcie pokazów przedstawiony zostanie model wyciągania monokryształów; zaprezentowany za pomocą piłeczek tworzących odpowiednią strukturę krystaliczną oraz model cieczy, z którego ten monokryształ pod wpływem odpowiednio przygotowanej zarodzi będzie formowany. W trakcie pokazu wyjaśnimy także zalety metody Czochralskiego oraz różnice między monokryształem i polikryształem.

*  Wystawa monokryształów

W części wystawy poświęconej prof. Janowi Czochralskiemu zwiedzający będą mogli obejrzeć monokryształy, które zostały wytworzone jego metodą. Na wystawie znajdą się zarówno eksponaty należące do Politechniki Warszawskiej, przeznaczone do celów dydaktycznych, jak również kryształy wypożyczone od partnerów PW, używane na co dzień w zastosowaniach przemysłowych.

*  Inne metody otrzymywania kryształów

Nasz projekt obejmuje metody otrzymywania kryształów, które w efektowny sposób ukażą powstawanie tego rodzaju ciał stałych. Pokaz zaczyna się od kryształów uzyskanych ze zwykłej soli kuchennej po takie, które można wytworzyć metodą elektrolityczną. W prezentacji wykorzystujemy takie substancje chemiczne, jak octan sodu, chlorek cyny czy gal. Posługujemy się metodą ogrzewania i studzenia roztworu oraz przepływu prądu elektrycznego, a także pokazujemy jakie kryształy można wyhodować w warunkach domowych.

*  Badania struktury materii

Krystalografia rentgenowska pozwala nam na badanie struktury kryształu przy pomocy fal rentgenowskich. W niecałe dwadzieścia lat po odkryciu promieni rentgenowskich niemiecki fizyk Max von Laue wraz z współpracownikami zauważył, że promienie przechodząc przez kryształ ulegają ugięciu (rozproszeniu oraz dyfrakcji), a William Henry Bragg powiązał ze sobą kąt padania fali rentgenowskiej, długość tej fali i strukturę kryształu. My zdecydowaliśmy się pokazać to zjawisko w skali makro, zamieniając fale rentgenowskie na mikrofale, zaś kryształ na model, w którym możemy zobaczyć pojedyncze atomy kryształu. W ten właśnie sposób każdy może sprawdzić tę teorię w praktyce!

*  Radiomikroskop metodą badania kryształów

Radiomikroskop polega na metodzie skanowania powierzchni próbek metalicznych w poszukiwaniu i badaniu domieszek niemetalicznych w stopach. Regularne przemiatanie igłą po powierzchni próbki obserwowane pod mikroskopem i odsłuchiwanie pozwalało na sporządzenie mapy rozmieszczenia niemetalicznych wytrąceń w próbce. Dziś można na to urządzenie, nazwane przez Czochralskiego radiomikroskopem (metodę nazwał radiowym badaniem metali) spojrzeć jak na pierwowzór mikroskopu skaningowego z ruchomą sondą (SPM).

* Mikroskop sił atomowych (AFM)

Mikroskop sił atomowych – brzmi groźnie? Nie jest aż tak tajemniczy jakby się mogło wydawać. Na naszym stanowisku będzie można przyjrzeć się mu z bliska oraz przekonać się, co można dzięki niemu zobaczyć. Postaramy się również przybliżyć zasadę działania tego urządzenia.

*  Nanostruktury półprzewodnikowe

Czy interesowało Cię kiedyś, jak działa laser? Czy wiesz, jak Blu-ray odczytuje Twoją płytę albo na jakiej zasadzie działa tranzystor? Jeśli jesteś ciekaw albo masz jakieś wątpliwości, to zajrzyj do nas! Opowiemy o kropkach kwantowych, studniach kwantowych i innych interesujących  rzeczach. Brzmi dziwnie? Wydaje się trudne do zrozumienia? Przyjdź i upewnij się, jakie to może być jednak proste! Nanotechnologia – nauką przyszłości!

Elementy krystalografii

*  Struktury krystaliczne

Kryształy są zbiorami regularnie ułożonych atomów, z których każdy może poruszać się tylko ruchem drgającym. Rozbijając kryształy na czynniki pierwsze okazuje się, że każdy jego element (zbiór kilku sąsiednich atomów) powtarza się w całej objętości materiału. Takie elementy nazywa się komórką elementarną. W pokazie zostaną one przedstawione na trójwymiarowym modelu opartym o diody. Zaprezentowane zostaną najbardziej charakterystyczne komórki elementarne.

*  Modele kryształów

Oglądając materię w bardzo dużym powiększeniu można natknąć się na sytuację, gdzie rozpoznaje się pewne wzorce ułożenia atomów. Są to tak zwane kryształy, czyli struktury o uporządkowanej budowie. Pokaz ma na celu przybliżenie tychże struktur na przykładach kilku wybranych siatek krystalicznych. Pod lupę weźmiemy takie układy, jak diament lub zwykła sól kuchenna.

Podstawy przewodnictwa materiałów

*  Model półprzewodnika

Model półprzewodnika to pokaz, w którym na przykładzie stworzonego przez nas modelu, omawiamy i pokazujemy metodę działania półprzewodnika. Półprzewodnik w skali makro to bardzo interaktywny eksponat, w którym użytkownik wykorzystując siłę własnych mięśni dostarcza energię do piłeczki-elektronu. Pokonując przerwę wzbronioną jest ona przenoszona z pasma walencyjnego do pasma przewodzenia. Pokazujemy zależność; jak od ilości dostarczonego napięcia w postaci siły mięśni zależy fakt, czy piłeczka-elektron będzie miała:

  • wystarczającą energię do pokonania pasma wzbronionego – prąd popłynie w obwodzie
  • niewystarczającą energię do pokonania pasma wzbronionego
  • prąd nie płynie  zbyt dużą energię – zniszczenie półprzewodnika

*  Mechaniczny model przewodnictwa jonowego

Mechaniczny model przewodnictwa jonowego w ciałach stałych obrazuje przepływ jonów w materiałach. Przewodnictwo jonowe występuje m.in. w ogniwach paliwowych, będących kandydatami do produkcji czystej, ekologicznej energii. Przedstawiamy dwa modele mechaniczne: Pierwszy model przodownictwa jonowego w ciele stałym obrazuje przepływ jonów po sinusoidzie. W tym pokazie jon zostanie zastąpiony piłeczką kauczukową, która po wrzuceniu do mechanizmu będzie poruszać się w sieci krystalicznej. Drugim modelem przewodnictwa jonowego w ciele stałym, czyli zbiorze elementów tworzących sieć krystaliczną posługujemy się labiryntem. Symbolizuje on niedoskonałości w sieci krystalicznej. W danej sieci powstają wolne jony niosące ze sobą ładunek, które odzwierciedla piłeczka. Przeskakuje ona w luki labiryntu, które dopasowuje użytkownik w taki sposób, aby sprowadzić piłeczkę na dół labiryntu. Defekty w postaci luk są przyczyną samoistnego przewodnictwa jonowego.

*  Ciekłe kryształy

Przedstawiamy specjalny rodzaj związków chemicznych – ciekłe kryształy, które potrafią tworzyć ze światłem niezwykłe rzeczy, Jako jeden z głównych elementów wyświetlaczy, pozwalają na dowolne sterowanie jasnością wyświetlanego obrazu. Aby dowiedzieć się jak działają wyświetlacze LCD w telewizorach, monitorach, tabletach, telefonach – odwiedź to stanowisko!

Zastosowania

*  Elementy mikromechaniki krzemowej

Przygotowywane przez nas pokazy – element mikromechaniczny (dzięki uprzejmości Instytutu Technologii Elektronowej) oraz interaktywny model napędu grzebieniowego – pozwolą na zrozumienie jak działa rzeczywisty element mikromechaniczny. Zaprezentujemy także mikromechaniczny żyroskop podłączony do oscyloskopu; przemieszczając płytkę wokół osi zwiedzający będzie mógł obejrzeć zmieniający się obraz na oscyloskopie. Dodatkowo zaprezentujemy technologię wytwarzania układów typu MEMS, a także zdjęcia ze skaningowego mikroskopu elektronowego, gdzie w dużym powiększeniu widoczne będą ciekawe układy mikromechaniczne (silniki, siłowniki, przekładnie zębate).

* Nanokryształy i szkła metaliczne

Na tym stanowisku będzie można dowiedzieć się kilku faktów na temat powstawania, budowy i zastosowań nanokryształów oraz szkieł metalicznych, a także na własne oczy zobaczyć jak rozmiar i struktura wpływają na właściwości materiału. Dzięki odpowiedniemu procesowi produkcji można manipulować cechami takimi, jak kolor czy sprężystość. Chcesz zobaczyć świecące kropki kwantowe lub kulki z metalu odbijające się jak kauczuk? Zapraszamy!

*  Nanokrystaliczne materiały katodowe

Co znajduje się w baterii? Jakie są ich właściwości i jak je polepszyć? Czym są nanokryształy i czym się różnią od tradycyjnego kryształu? Dlaczego chcemy ich używać do baterii nowej generacji? Odpowiedź na te pytania znajdziesz na naszym stanowisku!

Polskie osiągnięcia w technologii materiałowej

*  Polskie detektory podczerwieni

IR – światło w zakresie podczerwonym – choć niewidoczne gołym okiem, praktycznie otacza nas zewsząd. Aby je zobaczyć potrzebujemy detektorów, które są czułe na światło podczerwone. Detektory podczerwieni produkowane w Polsce cieszą się ogromną popularnością na całym świecie, a nawet w kosmosie! A to wszystko za sprawą firmy VIGO System S.A. z Ożarowa Mazowieckiego – światowego lidera w dziedzinie zastosowań podczerwieni, której detektory osiągnęły tak dobre parametry, że to właśnie one pracują w marsjańskim łaziku Curiosity.

*  Polski monokryształ GaN – klucz do niebieskiej optoelektroniki

Azotek galu jest podstawowym materiałem wykorzystywanym do budowy niebieskich, zielonych, fioletowych oraz ultrafioletowych diod LED i laserów. Podczas pokazu zaprezentujemy budowę oraz zasadę działania diody elektroluminescencyjnej. Ponadto opowiemy o procesach wytwarzania azotku galu oraz przedstawimy gotowe elementy lasera widziane okiem mikroskopu.

*  Nanorurki węglowe

Czym są nanorurki węglowe? Ile to jest nano? Dlaczego nanorurki węglowe są tak wyjątkowe? Czy są to struktury obecne w życiu codziennym? Na te i inne pytania odpowiemy na naszym stanowisku. Zaprezentujemy strukturę nanorurek węglowych, pokażemy także w jaki sposób amerykańskie myśliwce są niewidoczne dla radarów. Na tym stanowisku będą także obecne materiały przyszłości – przewodzące folie!

*  Grafen

Coraz częściej mówi się, że grafen to następca krzemu. Czy w związku z tym Dolina Krzemowa powinna się obawiać konkurencji? Oczywiście, że TAK! Na naszym stanowisku zaprezentujemy tusz, którym można pisać jak zwykłym długopisem, folie przewodzące. Tylko u nas będzie można własnoręcznie zrobić warstwę grafenową metodą laureatów nagrody Nobla!

*  Laser na grafenie

Grafen znajduje coraz więcej zastosowań. Na naszym stanowisku możesz zobaczyć bardzo szybki laser, który wykorzystuje struktury grafenowe. To naprawdę inspirujące doświadczenie!

Polski laser półprzewodnikowy i laser na ciele stałym

Lasery półprzewodnikowe i lasery na ciele stałym znajdują szerokie zastosowanie w komunikacji, medycynie, metrologii, są stosowane do obróbki coraz bardziej różnorodnych materiałów. W Instytucie Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie opracowywane są nowoczesne konstrukcje oraz  technologie takich przyrządów. Na wystawie zaprezentowana zostanie  akcja laserowa w krysztale Nd:YAG, przedstawiona zostanie budowa i zasada działania lasera półprzewodnikowego oraz pokazane zostaną różne sposoby kształtowania wiązki światła laserowego.

 

Biuro Prasowe


Moto Safety Day