Апаратура в ИФХ

Дейността на Института по физикохимия (ИФХ) е в съответствие със следните оперативни цели и дейности на Стратегията за развитие на Българската академия на науките 2018-2030 и Националната стратегия за развитие на научните изследвания в България, като основните акценти са в дейността на приоритети й:

1. Енергия, енергийна ефективност и транспорт. Развитие на зелени и екотехнологии;

2. Здраве и качество на живота, биотехнологии и екологично чисти храни;

3. Нови материали и технологии.

 

Съвременните приоритети в изследователската дейност на ИФХ обхващат:

  • Електрохимично и химично получаване и характеризиране на нови функционални материали, включващи корозионно-устойчиви, защитно-декоративни, електрокаталитични и фотоелектрокаталитични покрития от метали, сплави, оксиди и полимери; електроекстракция на целеви метали от чисти и отпадни електролити;
  • Теоретични изследвания и числено моделиране на структури и процеси с биологична и нанотехнологична насоченост в кондензирана материя. Фундаментални и приложни изследвания на кристализацията от разтвори на белтъчни молекули;
  • Изследване на повърхностни сили в тънки течни филми (пенни, емулсионни и омокрящи), на свойствата на функционализирани повърхности, декорирани микро- и наноструктурирани материали, пени, емулсии, и на електрооптични явления в колоидни системи. Дизайн, охарактеризиране и оптимизация на комплексни течни състави и „интелигентни” материали за приложения в медицината, фармацията, козметичната, хранителната и нефтената промишлености, и за опазване на околната среда.
  • Фазообразуване в стъклообразуващи системи и синтезни стъклокерамики и керамики, включително от индустриални отпадъци; теория и приложение на процесите на фазообразуване и синтероване в стъклообразуващи системи;  използване на термични методи за анализ и приложението им за изследване на фазови,  структурни преходи и времезависими процеси като кристализация и релаксация в твърди, течни и наноразмерни материали.

 

ИФХ е научен и технически координатор на национална научна инфраструктура ИНФРАМАТ (Разпределена инфраструктура от центрове за производство и изследване на нови материали и техните приложение, както и за консервация, достъп и е-съхранение на артефакти (археологически и фолклорни)), част от Националната пътна карта за научна инфраструктура (ПМС № 354 от 29.06.2017 г.). ИНФРАМАТ е подкрепен финансово от Министерство на образованието и науката с Договори Д01-155/28.08.2018, Д01-284/17.12.2019, Д01-310/04.11.2020,  Д01-306/20.12.2021 и Д01-172/28.07.2022.

 

По ОП "Наука и образование за Интелигентен растеж", ИФХ участва като съизпълнител в два проекта:

                „Национален център по мехатроника и чисти технологии“.  Проектът е съвместен с други институти на БАН и университети. Обединява водещи научни групи от институти на БАН (общо 12) и висши училища (СУ „Св. Климент Охридски”, ТУ-София, ТУ-Варна, ТУ-Габрово и ХТМУ – София). Координатор на проекта е Институт по обща и неорганична химия - БАН. С цел по-тесни връзки с бизнеса, като асоциирани партньори въз основа на публично обявен конкурс са привлечени Клъстерът по мехатроника, фирма Борима ЕАД и сдружение за НИРД. За осигуряване на по-високо научно ниво на центъра като асоциирани партньори са привлечени структури от световно известни университети (Тел Авив, Берлин и Делфт) и Института по роботика и интелигентни системи към Федералния технически университет, Цюрих.

„Чисти технологии за устойчива околна среда – води, отпадъци, енергия за кръгова икономика“. Водещ партньор по проекта е СУ "Св. Климент Охридски", а партньори по проекта са: Университет по архитектура, строителство и геодезия; Лесотехнически университет; Университет "Професор д-р Асен Златаров" - Бургас; Институт по физикохимия; Институт по органична химия с център по фитохимия-София; Институт по микробиология; Фондация "Клийнтех България".Асоциирани партньори по проекта са: Столична община, „Софийска вода” АД, Интерпласт БГ- ЕООД, Енергийна Агенция Пловдив, Университет – Модена- Италия.

 

ИФХ участва като съизпълнител в проект по Националната научна програма „Нисковъглеродна енергия за транспорта и бита (ЕПЛЮС)“, финансиран от МОН. Водеща организация е Институт по електрохимични и енергийни системи - БАН.

 

Научна апаратура в ИФХ

  • Сканиращ електронен микроскоп (JEOL JSM 6390) с приставка (INCA Oxford) за елементен анализ, позволяващ определяне на повърхностна структура, морфология и елементен състав на материали;
  • Прахов рентгенов дифрактометър (Philips PW1050 с генератор PW1830) за фазов и количествен анализ, определяне размер на кристалити, индексация на неизвестни съединения, структурна рафинация, текстурни изследвания и оценка на остатъчни напрежения;
  • Прахов рентгенов дифрактометър PANalytical Empyrean за дифракция на поликристални образци; с възможност за малко ъглово рентгеново разсейване (Small angle х-гау scattering, SAXS); рефлектометрия - за определяне на дебелини на тънки филми в диапазона от 1-100 нм; текстурни изследвания; оценка на остатъчни напрежения. Окомплектован за високотемпературни, до 1600°С, изследвания във въздух, вакуум и инертна атмосфера. Апаратът е закупен по проект: „Високотехнологичнa лаборатория за специализирани рентгенови методи и томография за развитие на еко- и енергоспестяващи технологии и технологии, свързани със здравето”, финансиран по оперативна програма „Развитие на конкурентоспособността на българската икономика” 2007-2013.
  • Рентгенов компютърен томограф модел SkyScan 1272, производство на Bruker, Холандия; Безразрушително обемно (3D) визуализиране на микроструктурата на голям спектър от твърдотелни материали, биологични материали, микроелектронни елементи и др. Количествена оценка на порьозност (отворена и затворена) на обемна част и разпределение по размер на кухини и включения. Определяне на дебелини, площи на вътрешни повърхности и междуфазови граници. Откриване на дефекти. Апаратът разполага с рентгенова тръба с микрофокус и работно напрежение между 20 и 100 kV и CCD детектор с физически размер на пиксела 7.4 мкм. Размерът на единичен воксел при максимално увеличение е 350 нм. Апаратът е закупен по проект: „Високотехнологичнa лаборатория за специализирани рентгенови методи и томография за развитие на еко- и енергоспестяващи технологии и технологии, свързани със здравето”, финансиран по оперативна програма „Развитие на конкурентоспособността на българската икономика” 2007-2013.
  • Апарат за рентгенов флуоресцентен анализ (FISCHERSCOPE X-Ray XDAL)  за недеструктивно определяне на елементния  състав на компактни материали, на метални и сплавни покрития;
  • Комплексни апаратури (Autolab, Gamry и PAR) за електрохимични изследвания, включващи възможности за синтез на нови материали, определяне на електрокаталитични и електроаналитични свойства на материали, корозионни измервания, оптимизиране на електролити за получаване на галванични покрития и др.
  • Диференциален сканиращ калориметър и апарат за термогравиметричен анализ за определяне на термичните свойства на материалите
  • Наноиндентор (G-200 Agilent) и апарат за измерване на микротвърдост, позволяващи изследване на физикомеханичните свойства на материали и покрития
  • Оптичен безконтактен дилатометър (Misura) с високотемпературен микроскоп (Misura) за определяне на коефициент на линейно термично разширение, привиден вискозитет и повърхностно напрежение.
  • Газов пикнометър (AccuPyc 1330) за определяне на скелетна и абсолютна плътност (с точност до 0.001 г/см3)
  • Уникална микроинтерферометрична апаратура, създадена в ИФХ, за едновременно визуално наблюдение, проследяване на отделните етапи при образуване, и измерване дебелината на тънки течни филми от различен вид (пенни, емулсионни и омокрящи). Апаратурата разполага с оригинални измерителни клетки за изследване на пенни, емулсионни и омокрящи филми; разработени са няколко типа термостатиращи камери; добавен е специално адаптиран високочувствителен и мултифункционален индикатор за налягане и е разработена мембранна помпа, която позволява фино регулиране на налягането в измерителните клетки.
  • Тензиометрична система (РАТ-1, Sinterface) за изследване на междуфазови повърхности с профилен анализ на капка или мехурче, позволяваща определянето на динамичните, равновесните и реологичните свойства на адсорбционни слоеве по течни фазови граници. Тензиометърът е окомплектован с двойно-дозираща система за обмен на течността във висяща капка, както и с модул за изследване динамиката на разтичане и измерване ъгъла на омокряне върху твърда фазова граница. Апаратурата е разположена в специална климатизирана лабораторна среда (“чиста стая и бокс с аспирационна система за улавяне на прахови частици”) за поддържане на контролирани условия при провеждане на експерименти с участието на течни повърхности и е свързана с програмируем високочувствителен термостат.
  • Лагмюирова везна (KSV NIMA Langmuir Trough System), с малка и голяма вана, Surface Potential Meter и KSV NIMA Control Software, за изследване на адсорбционни слоеве на течни фазови граници. Апаратурата е предназначена за измерване на повърхностното напрежение, повърхностното налягане и повърхностния потенциал на монослоеве от различни повърхностно активни вещества, (био) полимери, белтъци, пептиди и др. Методиката позволява определянето на различни физикохимични характеристики на изследваните вещества и има широко приложение във физикохимията на повърхностите и колоидите, биологията, медицината, електрониката и др. Везната позволява и определянето на реологичните свойства на адсорбционни слоеве по течни фазови граници. Към основната конфигурация е добавен  модул за определяне на повърхностния потенциал на адсорбционния слой.
  • Експериментална установка за определяне на електричните свойства (nоляризуемост и диполни моменти) на неорганични, органични и биологични частици с колоидни размери, и на средния им размер с последваща оценка на полидисперсността им.

 

Апаратура, закупена по ЦВП – Национален център по мехатроника и чисти технологии

  • Прав оптичен микроскоп за изследване на материали модел Axioscope 5, на производителя Zeiss, Германия. Висококачествен оптичен светлинен микроскоп за работа с преминаваща и отразена светлина, LED осветление и включени различни контрастни модули: светло поле, тъмно поле, DIC и C-DIC (диференциален  интерференчен контраст), подходящ за изследване на широк клас от материали, включително зърнови граници, структура на фази, покрития, дефекти, включения и др. Максимално увеличение - х1000.
  • Нов усъвършенстван вариант на уникалната микроинтерферометрична апаратура за получаване и изследване на тънки течни филми

Апаратурата за изследване на тънки течни филми в електрично поле е изградена въз основа на класическата микроинтерферометрична апаратура, с добавена възможност за прилагане на постоянна/променлива електрична поляризация на тънкия течен филм. Комбинацията с електро честотен/фазов анализатор позволява изследване на електрохимичните свойства на филмите и честотната зависимост на импеданса. Измерването на честотно-зависимия импеданс на тънките течни филми, заедно с паралелното определяне на дебелината на филмите, открива изцяло нови възможности за изследване на нано-структурата на дисперсни системи. Основни компоненти са:

1) Обърнат микроскоп за отразена светлина (модел Axio Observer 7, производителя Carl Zeiss GmbH, Германия). Инфраструктурната единица се състои от тяло на микроскопа, цифрова камера, както и работна станция (компютърна система, снабдена със специализиран софтуер за контрол и управление на микроскопа, набиране на изображения, обработката и съхранението им).

2) Импедансен честотен анализатор (модел Impedance Frequency Analyzer ModuLab XM MTS Material Test System, производителя АМЕТЕК Inc. Advanced Measurement Technology страна по произход САЩ). Инфраструктурната единица се състои от тяло на анализатора и компютърна система, снабдена със специализиран софтуер за контрол и управление на анализатора, набиране, обработка, и съхранение на данни.

  • Камера за солена мъгла модел Q-Fog CCT600 на производителя Q-Lab Corporation

Апаратурата позволява провеждане на стандартизирани тестове в непрекъснат, цикличен и/или многостъпков режим като NSS, ААSS и CASS съгласно стандартите EN ISO 9227; ASTM G85, Annex1,2,3 & 5; DIN 50021 и др.; прохезия, както и някои специализирани тестове за корозия в автомобилостроенето. Основните поддържани работни режими са: солена мъгла; относителна влажност от 95% до 100%; изсушаване с и без  нагнетен въздух. Максималната работна температура е до 60оС за тестовете „Солена мъгла”, „Относителна влажност”, „Изсушаване без нагнетен въздух” и др., а при тест „Изсушаване с нагнетен въздух” е до 70оС.

  • Галванична линия за пробоподготовка и нанасяне на функционални покрития и лабораторно оборудване модел Profiline 15 и PGG M на производителя Horbach-Industriebedarf GmbH, страна по произход Германия. Галваничната линия за пробоподготовка и лабораторното оборудване към нея е подходящо за получаване и изследване на широк клас химично и електрохимично отложени материали с определени свойства с цел приложимост в мехатрониката.
  • Лабораторно оборудване към галванична линия за пробоподготовка при нанасяне на функционални покрития:

- Лабораторен дестилатор с вграден резервоар - модел GFL 2008 (Puridest PD 8 R) на производителя LAUDA-GFL Gesellschaft für Labortechnik mbH, страна по произход Германия;

- Система за ултрачиста (клас I) и чиста (клас II) вода - модел Е30 Trace на производителя Adrona SIA, страна по произход Латвия;

- Аналитична везна с точност не по-малка от +/- 0.0001g - модел ABJ 320-4NM на производителя Kern & Sohn GmbH, страна по произход Германия;

- Лабораторен pH метър - модел InoLab pH 7310P на производителя Xylem Analytics Germany Sales GmbH & Co.KG - WTW GmbH, страна по произход Германия;

- Лабораторен кондуктометър - модел InoLab Cond 7110 на производителя Xylem Analytics Germany Sales GmbH & Co.KG - WTW GmbH, страна по произход Германия;

- Лабораторна сушилня с принудителна конвекция - модел SLW 75 SMART на производителя POL-EKO-APARATURA, страна по произход Полша;

- Ултразвукова вана с нагряване - модел Elmasonic P 60 H на производителя Elma Schmidbauer GmbH, страна по произход Германия;

- Ултразвуков хомогенизатор - модел Sonopuls HD 2070.2 на производителя BANDELIN electronic GmbH & Co. KG, страна по произход Германия;

- Магнитна бъркалка с нагряване - модел AREX digital PRO with Probe на производителя Help Scientifica srl, страна по произход Италия;

- Муфелна пещ - модел L 9/13 на производителя Nabertherm GmbH, страна по произход Германия;

- Бинокулярен микроскоп - модел BB.4260 с LE.5211-LED на производителя Europe Microscopen bv, страна по произход Холандия;

- Циркулационен нагряващ термостат - модел CORIO CP-BC12 на производителя Julabo GmbH, страна по произход Германия;

- Автоматични пипети с променлив обем – модел Labopette на производителя Horbach-Industriebedarf GmbH, страна по произход Германия;

- Комплект диспенсъри /2 броя/ - модел: BOECO SA на производителя Boeckel + Co GmBH, страна по произход Германия.

  • Aпаратура за получаване, модифициране и характеризиране на микрочастици чрез електрооптични методи

Инфраструктурната единица се състои от оптичен модул, електро-оптична клетка и фотоелектроумножител, електричен модул (генератор и високоволтов усилвател), двуканален осцилоскоп и центрофуга за получаване и фракциониране на микрочастици. Компонентите представляват оригинална апаратура за измерване на интензитета на разсеяната светлина от суспензия в електрично поле, с която могат да се определят електрични, оптични и геометрични параметри на несферични колоидни частици във водна среда и в присъствие на нискомолекулни соли, повърхностно-активни вещества и полимери.

  • Високоволтов усилвател за изследване на микрочастици в електрично поле - модел PZD2000A-H-CE на производителя TREK, INC, страна по произход САЩ. Високоволтовият усилвател е проектиран да осигурява прецизен контрол на изходно напрежение в диапазона от 0 до ±2 kV (постоянен (DC) или променлив (AC) ток), с диапазон на изходния ток от 0 до ±200 mA за DC и/или ±400 mA за AC. Усилвателят е модул от електро-оптична апаратура за измерване на светоразсейване в електрично поле, с която могат да се определят електрични свойства (поляризуемост и диполни моменти) на неорганични, органични и биологични частици с колоидни размери, и средния им размер с последваща  оценка на полидисперсност.
  • Настолната лабораторна центрофуга за получаване и фракциониране на микрочастици (MPW-352R на производителя MPW MED, Instruments) се използва за разделяне на компоненти (частици) с различна плътност и размери в проби под влияние на центробежната сила. Центрофугата е оборудвана с екологична охлаждаща система с температурен контрол. Това позволява достигане до избраната температура в камерата дори при максимална скорост на въртене.
  • Двуканален осцилоскоп модел RTB2002 digital Oscilloscope на производителя Rohde& Schwarz, страна по произход Германия. Дигитален осцилоскоп с два аналогови канала, честотна лента 100 MHz и максимална честота на дискретизация 2,5 GSa/s за канал. Осцилоскопът е част от оборудването на електро-оптична апаратура за измерване на светоразсейване от колоиди в електрично поле.
  • Оборудване за спектроелектрохимични измервания модел на производителя Metrohm Autolab, страна по произход Холандия. Спектроелектрохимичното оборудване позволява да се изследват едновременно електрохимични процеси и свързани с това спектрални промени (детектирани чрез абсорбция в ултравиолетовата и видима области) на електролитния разтвор или на електродните покрития, при осигуряване на контролируеми условия по отношение на електродния потенциал на работния електрод.

 

Апаратура, закупена по ЦК – Чисти технологии за устойчива околна среда –
води, отпадъци, енергия за кръгова икономика

  • Оборудването на лаборатория за рентгеново-флуоресцентен анализ, включва XRF спектрометър Zetium с модул за картографиране на производителя Малверн-Паналитикал, програмируема пещ за приготвяне на стъклени проби LeNeo Fusion, планетарна мелница за раздробяване на проби Pulverisette 5/4 и ръчна преса Specac.
  • Анализаторът за определяне размера на частици чрез лазерно светоразсейване, включващ течен модул за водни проби е модел Mastersizer  3000 на производителя Малверн-Паналитикал.
  • "Доставка, монтаж/инсталиране/пускане в експлоатация и поддръжка на научна апаратура", обособена позиция 1 с предмет Доставка, монтаж/инсталиране/пускане в експлоатация и гаранционно обслужване на комбинирана апаратура за диференциално- термичен и тегловен анализ и анализ на газове с инфрачервена спектроскопия“ (очаква се)

 

Апаратура, закупена по национална научна инфраструктура ИНФРАМАТ

  • Цялостно оборудване на Лаборатория за пробоподготовка на металографски образци, състоящо се от автоматична отрезна машина, система за студено заливане на шлифове, система за шлайфане и полиране, модел Brillant 220 Автоматична Y-oc с ход 80 мм (в зависимост от размера на диска), Инфилтрационно (импрегниращо) устройство за студено зашлифоване на образци (изливане и втвърдяване) с помощта на вакуум (вюпочително ексикатор с механична дръжка за дозиране и вакуумна помпа, въртящ се диск), Saphir 250 А1 Есо на производителя ATM Qness GmbH,  страна по произход Германия.
  • Стерео микроскоп Zeiss, Stemi 305

Висококачествен стерео микроскоп за изследване на повърхности в широко наблюдаемо поле.

  • Апарат за определяне размер и зета-потенциал на частици в разтвор чрез метода на динамично светоразсейване и електрофоретична мобилност (DLS), модел Pro – Red Label, на производителя Zetasizer Advance,  страна по произход Англия. Възможностите на апарата включват измерване на хидродинамичен диаметър и заряд (зета потенциал) на частици в разтвор, както и молекулно тегло на белтъчни молекули, полимери и др. Интервалът от размери, които могат да се определят с апарата за динамично светоразсейване варира от 0.3 nm дo 15 μm, а минималните обеми на разтвора са 3 μl (при определяне на размера) и 12 μl (при определяне на заряда на частиците).
  • Твърдотелен силициев EDS дрифт детектор към сканиращ електронен микроскоп модел JEOL JSM6390“
  • Система за производство на ултрачиста (Тип 1) вода с директна връзка с източник на пречистена вода на производителя MERCK Ag

Апаратура, закупена по други проекти

  • Автоматичен рефрактометър от серия ABBEMAT 550, Anton Paar OptoTec GmbH, Germany, снабден с Abbemat Performance Plus Line Software (“Chiesi”).

Прецизен рефрактометър, съобразен със спецификата на измерване на кинетиката на изтичане и определяне стабилността на емулсионни филми с използване на оптичната част от новия усъвършенстван вариант на микро-интерферометричната апаратура за получаване и изследване на тънки течни филми.

  • Тензиометър К20+Платинов ринг от KRÜSS, Германия (“Chiesi”)

Тензиометърът K20 е висококачествен стандартен измервателен уред в областта на физикохимия на повърхностните явления на течни междуфазови граници. К20 позволява многостранна употреба във връзка с охарактеризиране на повърхностно-активни вещества на границата въздух/течна фаза, въздух/маслена фаза и водна/маслена фази.

  • Хладилник-фризер LCexv 4010-24 от Liebherr, Германия (“Chiesi”)

Позволява съхранение на вещества и изследователски образци в 2 зони: в режим от 3 oС до 16 oС, и от -9 oС до -30 oС. Хладилникът е снабден с автономна постоянно-работеща сигнализация за съхранение на ценни и/или чувствителни към температурни изменения материали.

  • Лабораторен воден термостат, модел Alpha A 24, Марка Lauda Dr. R. Wobser GmbH and Co. KG, Германия, КП-06-Н 48/4

 

  • Рентгенов дифракционен апарат Empyrean (PANalytical) за изследване на тънки слоеве и наноструктури, специализиран за следните методики: рентгенова дифракция под малък ъгъл на падащия лъч; измервания за определяне на текстура, включително в тънки слоеве и покрития; измервания за определяне на остатъчни вътрешни напрежения; малкоъглово разсейване за изследвания на наноматериали; рентгенова рефлектометрия за изследвания на тънки филми и течности; дифракция на прахови и монолитни поликристални образци;·приставки за дифракционни изследвания на бързи процеси включително при висока температура (до 1600оС) и контролирана среда.

 

  • Рентгенов микротомограф за безразрушително обемно изследване с високо разрешение на малки образци.

 

  • Eлектронен сканиращ микроскоп с възможност за елементен анализ на повърхността на образеца, вкл. картографиране по химически елементи

 

  • Рентгенов дифракционен апарат за изследване на тънки слоеве и наноструктури, специализиран за следните методики: рентгенова дифракция под малък ъгъл на падащия лъч; измервания за определяне на текстура, включително в тънки слоеве и покрития; измервания за определяне на остатъчни вътрешни напрежения; малкоъглово разсейване за изследвания на наноматериали; рентгенова рефлектометрия за изследвания на тънки филми и течности; дифракция на прахови и монолитни поликристални образци;·приставки за дифракционни изследвания на бързи процеси включително при висока температура (до 1600оС) и контролирана среда.

 

  • Aпарат за рентгенов флуоресцентен анализ за недеструктивно определяне на елементния състав на компактни материали, на метални и сплавни покрития

 

  • Kомплексни апаратури за електрохимични изследвания, включващи възможности за корозионни измервания, определяне на електрокаталитични свойства на материали, оптимизиране на електролити за получаване на галванични покрития и др.

 

  • Mикроинтерферометрична техника за определяне на повърхностните сили в тънки течни филми

 

  • Tензиометър с профилен анализ на капка, с двойнодозираща система и модул за измерване на контактни ъгли

 

  • Лангмюирова везна за изследване на адсорбционни слоеве върху течна фазова граница

 

  • Eкспериментална установка за за определяне на електричните свойства (поляризуемост и диполни моменти) на неорганични, органични и биологични частици с колоидни размери, и на средния им размер с последваща оценка на полидисперсността им

 

  • Диференциален сканиращ калориметър и апарат за термогравиметричен анализ за определяне на термичните свойства на материалите

 

  • Наноиндентор и апарат за измерване на микротвърдост, позволяващи изследване на физикомеханичните свойства на материали и покрития

 

  • Безконтактен лазерен дилатометър за изследване на коефициент на температурно разширение на материали.