Laboratorija ir izveidota 2019.g. LU CFI rekonstrukcijas ietvaros, kuras finansējumu ir nodrošinājis CAMART2 projekts. Ir paredzēts izveidot 2 krāšņu telpas augsttemperatūru sintēzēm, 1 telpa tehnoloģiskajām sintēzēm (piemēram, pirolīzes iekārta), 1 telpa darbam ar pulveru tehnoloģijām (planetārās dzirnavas, dimanta zāģi), 2 telpas vispārējai sintēzei un 1 telpa iekārtām paraugu raksturošanai.

Grāds Vārds Uzvārds Amats Telefons E-pasts
Asoc.prof.Dr.chem. Guntars Vaivars Laboratorijas vadītājs 67262145 Guntars.Vaivars@cfi.lu.lv
Dr.chem. Tamara Gavrilovic Vadošā pētniece   Tamara.Gavrilovic@cfi.lu.lv
MSc. Einārs Sprūģis Zinātniskais asistents   Einars.Sprugis@cfi.lu.lv
MSc. Linda Briede Inženiere   Linda.Briede@cfi.lu.lv
MSc. Marta Kāne Inženiere   Marta.Kane@cfi.lu.lv
  Reinis Kaparkalējs Inženieris    
  Jānis Teterovskis Inženieris    

1.Jonus vadošu polimēru materiālu un membrānu sintēze un raksturošana.

Hlorsulfonētu poliēterēterketona membrānu ar dažādu sulfonēšanas pakāpi sintēze un sulfonēšanas pakāpes ietekme uz polimēra membrānu fizikālajām īpašībām un kompozītu veidošanos, kā arī kinētikas pētījumi (1. att.). Kompozīti ar cirkonija oksīda nanodaļiņām, jonu šķidrumiem un oglekļa dispersijām. Membrānu tālāka testēšana alternatīvās enerģētikas un cietvielu jonikas ierīcēs (degšūnas, baterijas, ķīmiskie reaktori, piemēram CO2 reducēšanas reaktoros).

Jonu vadītspējas mērīšanas metodika (impedances metode) (2.att.). Protonu vadītspējas īpatnības.

Koloīdķīmijas metodes  -daļiņu virsmas pētījumi polimēru membrānu izgatavošanas procesā no nanodispersijām. Dzeta potenciāla mērījumi daļiņu un membrānu virsmām. Polimēru materiālu reoloģiskās īpašības (stiklošanās temperatūra).

2. Luminiscentu augšup-konvertējošu nanomateriālu problēmu risināšana: stabilitāte, modificēšanas iespējas un (bio) funkcionalizēšana.

Daudzfunkcionālu augšup-konvertējošu nanomateriālu dizains un izgatavošana, kā arī apvalkserdes hibrīdstruktūras ar uzlabotām īpašībām. Sintēzes metožu attīstīšana; struktūras, morfoloģijas un optisko īpašību raksturošana. Dopētu fosfātu, vanadātu un fluorīdu pielietošana spīddiodēs, attēlveidošanas iekārtās, vēža diagnostikai, zāļu ievadei un temperatūras sensoros.

 Oksīdu (SrAlO4) pārklājumu uz metālu virsmas apstrāde ar Plazmas elektrolītiskās oksidēšanas metodi optisko un citu īpašību modificēšanai. Augšup-konvertējošu nanomateriālu pārklāšana ar polimēriem un neorganiskiem slāņiem (piemēram, SiO2) nolūkā palielināt daļiņu stabilitāti šķīdumos, mainīt virsmas higroskopiskumu, novērst daļiņu izšķīšanu, tādejādi samazinot materiāla izmaksas un palielinot pielietošanas efektivitāti, kā arī to biosavietojamību, funkcionalitāti un aizsargfunkcijas.

Projekta ietvaros ir paredzēts arī izmantot ķīmisko līdzizgulsnēšanu un mikroviļņu  hidrotermālo metodi, lai pielietotu temperatūras sensoros un saules enerģijas elementos.

3. Membrānas cietvielu jonikas ierīcēm.

SPEEK un SPEEK kompozītu (ar ogli, neorganisku okīdu un citu savienojumu nanodaļiņām) membrānu sintēze pielietošanai Etilēna elektrosintēzes no CO2 elektroķīmiskajos reaktoros. Membrānas uzdevums ir nodrošināt protonu vadītspēju un atdalīt anodtelpu no katodtelpas. SPEEK polimērs un tā izmantošana par  saistvielu katalītisko elektrodu izgatavošanai.

4. Ķīmiskās metodes dažādu materiālu (metālu, oksīdu, sāļu, u.c.) plāno kārtiņu iegūšanai uz dažādu materiālu pamatnēm (stikls, u.c.).

Šobrīd laboratorija tiek iekārtota un notiek jauno iekārtu apgūšana.

  1. LitesizerTM 500 (Anton Paar). Iekārta ir paredzēta daļiņu izmēra sadalījuma un to virsmas dzeta potenciāla noteikšanai. Nanotehnoloģijās bieži kā izejmateriālu izmanto atbilstošā materiāla koloīdas dispersijas, jo tajās daļiņu izmērs jau atbilst vēlamajm gala produktam. Litesizer ļauj raksturot šo daļiņu izmēra sadalījumu. Dzeta potenciāls parasti tiek izmantots dispersiju stabilitātes raksturošanai.  Ja gala produkts ir kārtiņas un to izgatavošanai izmanto elektriskās metodes (piemēram, elektroforēzi), tad dzeta potenciāls raksturos arī  procesa efektivitāti, kā arī virsmas potenciāla zīmi (daļiņas ir lādētas pozitīvi vai negatīvi).  Daļiņu izmēri var būt no 0,3nm līdz 10 mikrometriem (dzeta potenciālu mēra lielākām daļiņam – diapazonā no 3,8  nm līdz 100 mikrometriem.  Mērīšanas metodikas pamatā ir lāzera staru izkliede un to var izmērīt 15, 90 un 175 grādu leņķī.
    Papildbloki ļauj precīzi izmērīt viskozitāti, gaismas laušanas koeficientu un vides blīvumu. Tie ir parametri, kurus izmanto daļiņu izmēra sadalījuma un to virsmas dzeta potenciāla aprēķinam. Vēl iekārtu papildina SurPassTM 3 bloks virsmu potenciāla mērījumiem. Tā kā institūta specifika ir cietvielu  fizika- plānās kārtiņas, membrānas, tad virsmas potenciāla mērījumi ir laba metode virsmas stāvokļa izvērtēšanai, ja tiek izmantotas dažādas metodes to iegūšanai. Automātiskais dozators ļauj noteikt parauga parametrus pie dažādām pH vērtībām. Pēc noklusējuma šādi mērījumi ir veicami ūdens šķīdumos, jo  neūdens vidēs pH jēdziens nav skaidri definēts. Programmatūra ļauj vairumu funkciju veikt automātiskajā režīmā (ieskaitot šūnas tīrīšanu, kuru kontrolē mērot vadītspēju).
  2. Rigaku MiniFlex 600. Rentgendifraktometrs. Ķīmijas laboratoriju iekārtojums paredz, ka izgatavotie paraugi var tikt operatīvi pārbaudīti neizejot no laboratorijas. Galda rentgendifraktometrs ļauj ātri pārbaudīt vai objekta rentgenspektrs atbilst datu bāzē dotajam. Ir iespējama arī vienkāršota fāžu analīze.  MiniFlex ir pārbaudīts daudzās pasaules universitātēs un par tā priekšrocību ir atzīta tā augstā darba drošība, kas ir īpaši būtiski, ja ar rentgenstarojumu strādā studenti, kuri vēl nav metodes profesionāļi.
  3. Materiālu izpētē neaizvietojama ir termiskās analīzes iekārta. Tā ļauj analizēt materiālu sastāvu un temperatūras stabilitāti, kā arī identificēt dažādus siltumefektus-fāžu pārejas, kušanas, sadalīšanās un stiklošanās temperatūras. SETARAM diferenciālās kalorimetrijas - termiskās gravimetrijas sistēma (LABSYS evo STA) ir pielāgota institūta specifikai. Augsttemperatūras bloks nodrošina mērījumus līdz 1600oC. Augstas precizitātes svari nodrošina izšķirtspēju 0,02 µg diapazonā līdz ±100 mg.  Lielākiem paraugiem izšķirtspēja ir 0,2 µg.
    Siltumefektu konstatēšanai ir paredzēti divi sensori - pirmais sensors no istabas temperatūras līdz +800 °C ar izšķirtspēju 0,5 µW un  otrais sensors līdz +1600 °C ar izšķirtspēju 10 µW. Tas ir piemēroti darbam ar nanomateriāliem un plānajām kārtiņām (ierobežots pieejamā analizējamā materiāla daudzums). Augstās temperatūras būs nepieciešamas keramiku un stiklu analīzei. Zemtemperatūras diferenciālās kalorimetrijas bloks ir piemērots stiklošanās temperatūru noteikšanai polimēros, kas būs noderīgi aktuālo 3D tehnoloģiju attīstībai. Iekārtas ir apgādātas ar autonomu dzesēšanas sistēmu, kas nodrošina to neatkarīgu darbināšanu, kā arī ievērojami paaugstina drošību. Moderna programmatūra ļauj veikt efektīvu datu apstrādi un aprēķināt arī  tādus parametrus kā polimēru molekulmasa, siltumietilpība, u.c.

Latvijā:

  • Latvijas universitātes Ķīmijas fakultāte;
  • Rīgas Tehniskā universitāte;

Dienvidāfrika:

  • Stellenbošas universitāte;
  • Keiptaunas universitāte.

Zviedrija

  • Gēteborgas universitāte, Fizikas fakultāte;
  • Upsalas universitāte.
  1. G. Vaivars, J. Kleperis and A. Lusis. Antimonic Acid Hydrate Xerogels as Proton Electrolytes// Solid State Ionics 61 (1993) 317-32
  2. A. Azens, L. Kullman, D.D. Ragan, C.G. Granqvist, B. Hjorvarsson, G. Vaivars. Optical and Electrochemical Properties of DC Magnetron Sputtered Ti-Ce Oxide Films// Appl. Phys. Lett. 68, 26 (1996) 3701-3703.
  3. G. Vaivars, J. Kleperis, A. Azens, C.G. Granqvist and A. Lusis. Proton Conducting Composite Electrolytes Based on Antimonic Acid// Solid State Ionics 97, 1-4 (1997) 365-368.
  4. C.G. Granqvist, A. Azens, A. Hjelm, L. Kullman, G.A. Niklasson, D. Rönnow, M. Stromme Mattsson,  M. Veszelei  and G. Vaivars. Recent Advances in Electrochromics for Smart Windows Applications// Solar Energy 63, 4 (1998) 199-216.
  5. A. Azens, L. Kullman, G. Vaivars, H. Nordborg and C.G. Granqvist. Sputter-Deposited Nickel Oxide for Electrochromic Applications// Solid State Ionics 113-115 (1998) 449-456.
  6. G. Vaivars, A. Azens and C.G. Granqvist. Proton Conducting Polymer Composites for Electrochromic Devices// Solid State Ionics 119, 1-4 (1999) 269-273.
  7. A.Azens, G.Vaivars, M.Veszelei, L.Kullman and C.G.Granqvist. Electrochromic devices embodying W oxide/Ni oxide tandem films// Appl Phys Lett 89, 12 (2001) 7885-788
  8. Ji Shan, H. Lou, R. Mohamed, G. Vaivars and V. Linkov. Sulfonated polyether ether ketone (PEEK-WC)/phosphotungstic acid composite: Preparation and characterization of SPEEK-WC/HPW composite membranes// Pure and Applied Chemistry 78, 9 (2006) 1779–1789. 
  9. H. Luo, G. Vaivars, M. Mathe. Cross-linked PEEK-WC proton exchange membrane for fuel cell// International Journal of Hydrogen Energy 34 (2009) 8616-8621.
  10. H.Luo, G.Vaivars, B.Agboola, S.Mu, M.Mathe. Anion exchange membrane based on alkali doped poly(2,5-benzimidazole) for fuel cell// Solid State Ionics, 208 (2012) 52-55. 

1. patents; Elektrohromā ierīce sastāvoša no katoda/anoda materiālu tandēma slāņiem.

2. patents; Sešu slāņu elektrohromā ierīce.

3. patents. Šķērsaistīta protonvadoša membrāna un metode tās iegūšanai.

Maģistratūras studentu  (ķīmija) vizītes studiju kursu Virsmas un koloīdķīmija (Ķīmi5052) un Cietvielu jonika (Ķīmi6005)  ietvaros.

Latvijas skolnieku Ķīmijas olimpiāžu uzvarētāju iepazīstināšana ar Institūtu.