Krótka historia Zakładu Fizyki Dielektryków Instytutu Fizyki UAM

Pierwsze prace z zakresu fizyki dielektryków ciekłych, kontynuowane do chwili obecnej w Zakładzie Fizyki Dielektryków Instytutu Fizyki UAM w różnych modyfikacjach , zostały rozpoczęte w chwili objęcia w roku 1952 Katedry Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu Poznańskiego przez prof. Arkadiusza Piekarę. Przed wojną prowadził on prace z tego zakresu w Gimnazjum w Rydzynie koło Leszna i tam dokonał odkrycia odwrotnego efektu nasycenia w nitrobenzenie.

Zespół Katedry, którą objął prof. Piekara, stanowili w większości młodzi absolwenci, którzy ukończyli studia pod kierunkiem prof. Szczepana Szczeniowskiego ( był on wówczas kierownikiem Katedry Fizyki Teoretycznej). Tematyka naukowa którą zaczął rozwijać prof. Piekara była więc dla tego zespołu tematyką całkiem nową.

Pierwsze prace doktorskie wykonane pod kierunkiem prof. Piekary były z zakresu fizyki dielektryków i ferroelektryków. Z dziedziny fizyki dielektryków pierwsze prace wykonali August Chełkowski i Tadeusz Hilczer, a nieco później Joanna Gibalewicz i Barbara Fechnerowa. Następnie, powstały trzy nieformalne grupy, kierowane przez młodych doktorów. Dość liczny zespół Augusta Chełkowskiego , rozwijał badania dielektryków ciekłych metodami nieliniowego efektu dielektrycznego (NDE), badania efektów elektrooptycznych, badania klasycznego i ramanowskiego rozpraszania światła. Drugi zespół, Jerzego Małeckiego, który przeszedł następnie do Zakładu Fizyki Dielektryków Instytutu Fizyki PAN, zajmował się głównie badaniami NDE metodami impulsowymi, szczególnie alkoholi. Trzeci, stanowił Tadeusz Hilczer, zajmujący się badaniami NDE cieczy pod wysokim ciśnieniem. W roku 1967, po przejściu A. Chełkowskiego wraz z kilkoma współpracownikami do Filii UJ w Katowicach, opiekę nad pozostałą częścią zespołu powierzono T. Hilczerowi. W skład tej grupy wchodziły osoby, które miały już sprecyzowaną tematykę badawczą i wykonywały prace doktorskie pod kierunkiem bądź A. Piekary, bą A. Chełkowskiego. Po przejściu prof. Piekary do Warszawy (w roku 1965), grupa weszła w skład Katedry Fizyki Doświadczalnej, kierowanej przez doc. Zdzisława Pająka.

Po powołaniu Instytutu Fizyki w roku 1969, którego pierwszym dyrektorem był prof. Stanisław Kielich, powstał na okres 3 lat Zakład Fizyki Jądrowej (nazwa ta związana była z celem zajęć dydaktycznych prowadzonych w Pracowni Jądrowej), którego kierownikiem został doc. T. Hilczer. W roku 1972 nazwę zakładu przemianowano na Zakład Fizyki Dielektryków. Tematyka wszystkich prac naukowych wykonywanych wówczas w Zakładzie dotyczyła w dalszym ciągu oddziaływań międzymolekularnych w dielektrykach ciekłych, i poszerzona została w tym czasie o badania przejść fazowych ciecz-ciało stałe, wykonywane różnymi metodami, głównie dielektrycznymi.

 

Obecnie, główna tematyka prac Zakładu Fizyki Dielektryków jest wciąż kontynuowana, intensywnie rozwijane są jednak modyfikacje badanych dotąd efektów. Badane są przejścia fazowe ciecz-ciecz i ciecz-ciało stałe, a także reakcje chemiczne w przestrzeniach quasidwuwymiarowych. Badania takie wykonuje się, umieszczając substancje w matrycach porowatych o wymiarach porów rzędu kilku – kilkunastu nanometrów, dla różnych rodzajów porów i ich różnych kształtów. Dotąd zbadano i wykonano globalne diagramy fazowe dla zjawisk topnienia/krzepnięcia cieczy w porach krzemowych, porowatych węglach aktywowanych i węglowych nanotubach. Stwierdzono również, że dla pewnych rodzajów powierzchni porowatych zjawisko topnienia przebiega dwustopniowo i pojawia się stabilna faza hexatyczna.

 

Badane jest nasycenie dielektryczne w H₂O , gdzie przedmiotem badań są układy molekuł H₂O (otwarte, w tym sensie, że rozpatrywane podukłady molekuł w polu kontaktują się z podukładami poza polem): warstwa Helmholtza i otoczki hydratacyjne jonów w polach E > 10⁸ V/m. Napisane zostało termodynamiczne równanie stanu w zmiennych T (temperatura), Pi (ciśnienie elektrostrykcyjne) i E (natężenie pola elektrycznego) [1,2]. Znaleziono przejście fazowe w H₂O dla Pi = 0.21 GPa (E ~ 10⁹ V/m) [3]. Stwierdzono, że dla E > 10⁹ V/m występuje faza orientacyjnie uporządkowana (nasycenie dielektryczne) i znacznie zagęszczona (ogromne zjawisko elektrostrykcyjne). Z wyrażenia dla zmiany entropii w polu E znaleziono [4], że faza ta wykazuje obniżenie entropii i związane z tym silne zjawisko elektrokaloryczne. Uzyskane wyniki są spójne z literaturowymi wynikami eksperymentów przeprowadzonych metodami optycznych wzbudzeń powierzchniowych drgań akustycznych, rozpraszania promieni X, neutronów