Wieloskładnikowe niobiany. Materiały ceramiczne w technologiach wodorowych | Politechnika Gdańska

Jego rozprawa doktorska „Structural, thermal and electrical properties of multicomponent rare-earth ortho-niobates (Właściwości strukturalne, termiczne oraz elektryczne wieloskładnikowych niobianów ziem rzadkich)” została napisana pod kierunkiem prof. dr hab. inż. Marii Gazdy, a recenzentami są: prof. dr hab. Izabela Szafraniak-Wiza z Politechniki Poznańskiej, prof. dr hab. Tomasz Goryczka z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach oraz prof. dr hab. inż. Tomasz Brylewski z Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie.

Badania Arkadiusza Dawczaka koncentrują się wokół nowoczesnych materiałów ceramicznych, które mogą znaleźć zastosowanie w technologiach związanych z produkcją i wykorzystaniem wodoru.

– Współczesna nauka poszukuje materiałów zdolnych do efektywnego przewodzenia jonów wodoru (protonów) w niższych temperaturach niż obecnie stosowane 500 – 650 °C. Takie materiały są kluczowe dla rozwoju urządzeń takich jak protonowe ceramiczne ogniwa paliwowe, które przekształcają wodór w energię elektryczną, elektrolizery z ceramicznym przewodnikiem protonowym, umożliwiające rozkład pary wodnej na wodór i tlen, oraz czujniki gazu (np. wodoru) – tłumaczy naukowiec. – Wszystkie te urządzenia wymagają materiałów, które są chemicznie i termicznie stabilne oraz wykazują wysoką przewodność protonową. 

Celem rozprawy było zbadanie czy zwiększenie złożoności składu chemicznego w strukturze niobianów ziem rzadkich, czyli dodanie różnych pierwiastków, może poprawić ich właściwości, czyniąc je bardziej odpowiednimi do wspomnianych zastosowań. W tym celu metodą syntezy w fazie stałej otrzymano trzy serie jednofazowych związków o złożonym składzie chemicznym, które następnie poddano szczegółowej analizie.

Otrzymane wyniki wskazały, że wszystkie badane serie związków są termodynamicznie stabilne i wykazują przewodnictwo protonowe. Dodatkowo stwierdzono, że zwiększona złożoność składu chemicznego w podsieci kationu ziem rzadkich poprawia rozpuszczalność domieszek akceptorowych, co prowadzi do tworzenia się większej koncentracji defektów protonowych w wilgotnych atmosferach. Jest to zjawisko korzystne dla przewodnictwa protonowego i może przyczynić się do poprawy właściwości materiałów stosowanych w nowoczesnych urządzeniach elektrochemicznych. 

– Moja praca powstała w ramach projektu badawczego „Tlenki wysokoentropowe dla konwersji energii”, finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki w ramach programu OPUS 18. Recenzenci zaznaczyli, że rozprawa wnosi istotny wkład w rozwój nowoczesnych materiałów ceramicznych, które mogą znaleźć zastosowanie w technologiach związanych z energią odnawialną i produkcją wodoru. Zastosowanie takich materiałów może zwiększyć efektywność i trwałość urządzeń elektrochemicznych, co ma kluczowe znaczenie w kontekście globalnych wyzwań energetycznych. Praca została wysoko oceniona, a jej wyniki mogą stanowić cenny wkład w rozwój nowoczesnych technologii związanych z konwersją energii – podkreśla Arkadiusz Dawczak.   

Naukowiec od początku studiów związany jest z Politechniką Gdańską, z Wydziałem Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej.  

– Studia inżynierskie i magisterskie, a zwłaszcza udział w projekcie badawczym, pozwoliły mi zdobyć doświadczenie w modyfikowaniu właściwości materiałów oraz ich analizie. To utwierdziło mnie w przekonaniu, że inżynieria materiałowa to dyscyplina, w której chcę kontynuować swoją karierę naukową. Studia w Szkole Doktorskiej na Politechnice Gdańskiej dały mi możliwość rozwoju poprzez pracę badawczą w nowoczesnych laboratoriach oraz współpracę z zagranicznymi ośrodkami naukowymi. Jednym z takich miejsc był Europejski Ośrodek Promieniowania Synchrotronowego w Grenoble, gdzie przeprowadzałem część badań. Ważnym aspektem studiów była także możliwość udziału w konferencjach naukowych, co pozwoliło na wymianę doświadczeń oraz prezentację wyników badań. Uczestniczyłem w siedmiu konferencjach – na trzech miałem wystąpienie ustne, a na pozostałych przedstawiałem wyniki w formie plakatów. Mój dorobek naukowy obejmuje pięć artykułów opublikowanych w międzynarodowych czasopismach z listy Journal Citation Reports, z czego w dwóch jestem pierwszym autorem, a trzy są bezpośrednio związane z tematyką rozprawy doktorskiej – podsumowuje.  

Studia w Szkole Doktorskiej nauczyły mnie przede wszystkim pokory, cierpliwości i dobrej organizacji pracy. Gdybym miał ponownie podjąć decyzję o ich rozpoczęciu, bez wahania zrobiłbym to ponownie, zwłaszcza że obecnie program kształcenia jest bardzo dobrze zorganizowany, a doktorantom oferowane są liczne możliwości stypendialne. 

Po obronie Arkadiusz Dawczak planuje podjąć pracę w laboratorium badawczym, gdzie będzie mógł wykorzystać swoją wiedzę i doświadczenie zdobyte podczas doktoratu. Rozważa także możliwość pracy na stanowisku post-doc, szczególnie jeśli pojawi się interesująca oferta w dziedzinie, którą się zajmuje.