Modelowanie komputerowe w projektowaniu materiałów
Obszar badań obejmuje projektowanie nowoczesnych materiałów inżynierskich ze szczególnym uwzględnieniem technik modelowania komputerowego struktury, właściwości i procesów materiałowych.
Głównym obszarem zainteresowań są materiały stosowane w węglanowych ogniwach paliwowych (MCFC), materiały piankowe o otwartej porowatości stosowane jako filtry i materiały wymienników ciepła, a także nanometale, kompozyty dyspersyjne oraz materiały półprzewodnikowe. Stosowanymi metodami badawczymi z zakresu modelowania numerycznego są: dynamika molekularna, DFT, metoda elementów skończonych, metoda objętości skończonych, metoda Monte Carlo. Techniki charakteryzacji stosowane w prowadzonych badaniach to skaningowa mikroskopia elektronowa, tomografia komputerowa, badania mechaniczne (statyczne próby ściskania/rozciągania), mikroskopia sił atomowych. Istotnym obszarem działalności naukowej jest analiza obrazów i ilościowy opis struktury materiałów na podstawie wyników badań otrzymanych za pomocą wymienionych metod charakteryzacji.
Tematyki badawcze
- Materiały nanokrystaliczne –wpływ wielkości ziarna na właściwości mechaniczne i stabilność termiczną;
- Granice międzykrystaliczne i międzyfazowe – określenie wpływu granic ziaren i granic międzyfazowych na właściwości mechaniczne, chemiczne i termiczne materiałów, w tym: nanometali, kompozytów z dodatkiem grafenu, materiałów reaktorów termojądrowych;
- Materiały półprzewodnikowe grupy IV - obliczenia właściwości elektronowych, strukturalnych i termodynamicznych defektów i domieszek; modelowanie procesów wytwarzania półprzewodników z zastosowaniem technik PVT i CVD.
- Materiały węglanowych ogniw paliwowych – projektowanie i modelowanie wpływu struktury elementów węglanowych ogniw paliwowych na ich właściwości;
- Kompozyty na osnowie miedzi i srebra z dodatkiem grafenu – przewodność termiczna granic międzyfazowych metal-grafen, wpływ zawartości i rozmieszczenia grafenu w osnowie na przewodność cieplną kompozytów metal-grafen;
- Kompozyty konstrukcyjne – projektowanie numeryczne wielkogabarytowych konstrukcji nośnych z uwzględnieniem wewnętrznej struktury materiału;
- Materiały porowate – modelowanie wpływu struktury na właściwości materiałów o porowatości otwartej z uwzględnieniem zastosowania na materiały filtrów, elektrod ogniw paliwowych, wymienników ciepła i absorberów energii zderzenia;
- Skały łupkowe – modelowanie właściwości i procesów przepływu cieczy i gazów;
- Procesy odzysku ciepła ze spalin samochodowych – obliczenia przepływu gazów i transportu ciepła;
- Procesy interakcji fali elektromagnetycznych i mechanicznych z materiałami.
Oferta badawcza
- Projektowanie i wytwarzanie materiałów dla ogniw paliwowych
- Projektowanie materiałów o otwartej porowatości
- Numeryczne analizy właściwości wytrzymałościowych
- Numeryczne analizy właściwości przepływowych
- Numeryczne analizy właściwości cieplnych
- Symulacje właściwości i procesów materiałowych w skali atomowej
-
Analiza obrazów i opis ilościowy
Infrastruktura badawcza i oprogramowanie
- klaster komputerowy – 360 rdzeni AMD Opteron 64-bit,
- 6 × stacja robocza 8-16 rdzenia Intel 64-bit,
- oprogramowanie ANSYS/Fluent,
- oprogramowanie Abaqus,
- oprogramowanie LAMMPS,
- oprogramowanie VASP,
-
oprogramowanie MicroMeter.
Projekty
- Wysokosprawne węglanowe ogniwa paliwowe, NCBR, PBS3/B4/14/2015, 2015-2018
- Innowacyjne materiały na osnowę elektrolitu dla węglanowych ogniw paliwowych, Współpraca Polsko-Tajwańska, PL-TW14/2/2016
- Inżynieria defektów w procesach wzrostu kryształów do zastosowań w elektronice, project w ramach Era.NET-RUS-PLUS, 1/RUSPLUS-INNO,
- Innowacyjne węglanowo-ceramiczne materiały kompozytowe jako technologie wychwytu i utylizacji CO2 dla zrównoważonej energetyki, M-ERA_NET2/2016/04/2017.
- Udoskonalone wytwarzanie ogniw paliwowych mające na celu wydłużenie czasu eksploatacji, poprawę parametrów pracy, w szczególności mocy przypadającej na jednostkę objętości/masy ogniwa oraz obniżenie kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych poprzez zastosowanie alternatywnych układów katalitycznych w technologii poligraficznej, POIR.01.02.00-00-0045/16
- Opracowanie technologii odzysku metali szlachetnych i metali ziem rzadkich do produkcji elementów węglanowych ogniw paliwowych, POIR. 01.02.00-00-0086/17-00
- Opracowanie materiałów piezorezystywnych dla mikroczujników elektromechanicznych o dużej czułości przeznaczonych do pracy w środowiskach agresywnych, przy użyciu symulacji komputerowych i eksperymentów, Projekt Polsko-Singapurski, POL-SINIV/3/2018
- Opracowanie przemysłowej konstrukcji węglanowych ogniw paliwowych oraz ceramicznych elektrolizerów dających możliwość integracji z instalacjami energetycznymi power-to-gas, NCBR, POIR.01.02.00-00-0281/1
- Badanie wpływu mikrostruktury i składu chemicznego na właściwości katalityczne porowatych elementów węglanowych ogniw paliwowych, NCN 2017/27/B/ST8/02763
- Badanie wpływu mikrostruktury na proces reaktywnego przepływu w porowatych komponentach ogniw wysokotemperaturowych, NCN, PRELUDIUM, 2017/27/N/ST8/02772
-
Wpływ parametrów mikrostruktury na procesy wymiany ciepła w materiałach o otwartej porowatości, NCN, SONATINA, 2018/28/C/ST8/00311
Współpraca krajowa
- Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa
- Instytut Energetyki, Warszawa
- Instytutu Podstawowych Problemów Techniki, Polska Akademia Nauk, Warszawa
- Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego (ICM), Uniwersytet Warszawski
- Instytut Fizyki Eksperymentalnej, Wydział Fizyki i Astronomii, Uniwersytet Wrocławski
- Instytut Fizyki, Uniwersytet Jagielloński, Kraków
-
Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków
Współpraca międzynarodowa
- Dresden Center for Nanoanalysis (DCN), Center for Advancing Electronics Dresden, Technische Universitat, Niemcy | prof. Ehrenfried Zschech
- Institute of Stochastics, Ulm University, Niemcy | prof. Volker Schmidt
- Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics, Niemcy | prof. Peter Dolt
- Department of Engineering, University of Perugia, Włochy | prof. Linda Barelli
- Theory and Modelling Department, Culham Centre for Fusion Energy (CCFE), Wielka Brytania | prof. Duc Nguyen-Manh
- Department of Materials Science and Engineering, National Cheng Kung University, Taiwan | prof. Kuan-Zong Fung
- School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University, Singapur | prof. Siew Hwa Chan
- Department of Chemical and Biological Engineering, Hanbat National University, Korea Południowa | prof. Choong-Gon Lee
- Singapur, Institute of High Performance Computing, ASTAR | dr. Tan Teck Leong
- Department of Mechanical and Industrial Engineering, Concordia University, Kanada | prof. Ali Dolatabadi
- University of Averio, Portugalia | prof. Fernando Marques
- University of Oslo, Norwegia | prof. Truls Norby
- SINTEF, Norwegia | dr. Wen Xing
-
Department of Mechanical Engineering, University of Cape Peninsula, RPA | prof. Graeme Oliver
Kontakt
prof. dr hab. inż. Tomasz Wejrzanowski
tomasz.wejrzanowski@pw.edu.pl
22 234 87 42
Zakład Projektowania Materiałów