Dr inż. Oleksandr Boiko, Prezes Fundacji InetrSEC, oraz pracownik Katedry Elektrotechniki i Technologii Nadprzewodnikowych Politechniki Lubelskiej odbył staż w ramach konkursu "PO SĄSIEDZKU – międzyuczelniane staże badawcze" programu "Politechniczna Sieć VIA CARPATIA im. Prezydenta RP Lecha Kaczyńskiego" w Katedrze Fotoniki, Elektroniki i Techniki Świetlnej Politechniki Białostockiej w okresie 01.10.2024-31.12.2024.

W ramach stażu zrealizowano 6 zadań naukowo-badawczych:

1. Dobór składu chemicznego nanokompozytowych szkieł optycznych z domieszką srebra. Jako materiały do badań właściwości dielektrycznych zostały wybrane szkła optyczne o wzorze chemicznym 20Sb2O3 – 30GeO2 – (45-x)H3BO3 – 5Al2O3 – xAg, gdzie zawartość molowa srebra x wynosiła 0.1% mol., 0.3% mol., oraz 0.6% mol. Jako nanokompozyt referencyjny był wykorzystany materiał bez zawartości srebra.
2. Synteza materiałów w kierunku uzyskania efektu powierzchniowej redukcji jonów Ag. Wszystkie próbki zostały wytworzone przy użyciu konwencjonalnej metody topienia i odprężania (ang. melt quenching). W tym celu zostały wykorzystane wysokiej czystości proszki odczynnikowe zakupione od następujących dostawców komercyjnych: trójtlenek antymonu (Sb₂O₃, 99,99%), dwutlenek germanu (GeO₂, ok. 99,98%) i srebro (Ag, ok. 99,5%) od Sigma-Aldrich KGaA, Niemcy; kwas borowy (H₃BO₃, ok. 99,98%) od Chempur Ltd., Polska; i tlenek glinu (Al₂O₃, ok. 98,50%) od Avantor Performance Materials, Polska.
3. Charakterystyka właściwości materiałowych, termicznych oraz optycznych wytworzonych materiałów. Stabilność termiczna szkieł oraz zmiany cieplne w ich podziału, określone przy użyciu kalorymetrii DSC. Dla otrzymanych nanokompozytów otrzymane widma luminescencji NIR oraz spektroskopii FTIR.
4. Pomiary i analiza właściwości strukturalnych szkieł. Amorficzna struktura szkieł oraz wielkość cząstek srebra były zbadane przy użyciu mikroskopii SEM.
5. Wytworzenie włókien szklanych oraz ich charakteryzacja zmiennoprądowych właściwości elektrycznych oraz procesów dielektrycznych zachodzących w nich. Proszki z zadania 2 zmieszano i umieszczono w tyglu kwarcowym, a następnie stopiono w piecu elektrycznym w temperaturze 1300°C przez 1,5 godziny w atmosferze powietrza. Następnym krokiem było wlanie stopu do mosiężnej formy w kształcie walca (otwór o średnicy 11 mm i wysokości 52 mm) w temperaturze pokojowej (RT) i natychmiastowe umieszczenie jej w urządzeniu do odprężania na 1 h w temperaturze 350°C. Następnie urządzenie wyłączono, a preformę schłodzono do temperatury pokojowej. Preformę poddano dalszemu polerowaniu w celu uzyskania gładkiej powierzchni i jednolitej średnicy na całej długości. Szklane pręty uzyskano poprzez wyciągnięcie preform przy użyciu wieży ekstrakcyjnej SG Controls w temperaturze 650°C. Uzyskano następujące zakresy średnic prętów: zestaw nr 1: 1,47–1,58 mm dla SGBAA bez Ag NPs; zestaw nr 2: 1,12–1,27 mm dla x = 0,1 mol.%; zestaw nr 3: 1,10–1,16 mm dla x = 0,3 mol.%; i zestaw nr 4: 0,84–1,00 mm dla x = 0,6 mol.%. Aby wykonać pomiary dielektryczne, pręty pocięto na mniejsze kawałki o długościach od 7,94 mm do 15,50 mm. Do charakteryzacji dielektrycznej prętów kompozytowych SGBAA zastosowano metodę spektroskopii dielektrycznej przy użyciu miernika IM3536 LCR (Hioki Inc., Japonia) mierzącego zmiennoprądowe parametry elektryczne materiałów w zakresie częstotliwości 4 Hz–8 MHz. Parametrami badanymi w temperaturze pokojowej były: impedancja zespolona Z, kąt przesunięcia fazowego θ, rezystancja R mierzona w równoległym układzie zastępczym, współczynnik strat tgδ i przewodność σ. Na powierzchnie boczne poszczególnych próbek nałożono również warstwę pasty srebrnej w celu poprawy kontaktu powierzchni z sondami pomiarowymi. Właściwości dielektryczne nanokompozytów zostały przeanalizowane wraz z oceną wpływu zawartości srebra na ich charakterystykę. Zgodnie z oczekiwaniami, wszystkie próbki wykazują wyraźnie dielektryczny charakter. Analiza zależności przewodnictwa od częstotliwości wskazuje, że dominującym mechanizmem transportu ładunku jest skokowy mechanizm przewodzenia. W takim przypadku nośniki ładunku przemieszczają się skokowo pomiędzy sąsiadującymi nanocząstkami srebra, które mogą być częściowo utlenione lub pozbawione otoczki tlenkowej. Obecność otoczki tlenkowej stanowi dodatkową barierę energetyczną, którą nośniki ładunku muszą pokonać, co skutkuje zauważalnie niższym przewodnictwem próbek w pierwszym etapie (zakres niskich częstotliwości) w porównaniu do drugiego etapu. Podobny, dwustopniowy trend spadkowy zaobserwowano również w przypadku współczynnika strat dielektrycznych oraz przenikalności elektrycznej próbek. Przebieg krzywych rzeczywistej i urojonej części przenikalności wskazuje na obecność dwóch mechanizmów polaryzacji dielektrycznej – międzyfazowej oraz dipolowej. Należy jednak zaznaczyć, że polaryzacja międzyfazowa zachodzi nie tylko na granicy kontaktu elektrycznego z powierzchnią przekroju próbki, lecz także na granicach ziaren srebra. Wprowadzenie nanocząstek srebra do struktury szkła optycznego skutkuje wzrostem impedancji oraz rzeczywistej części przenikalności elektrycznej (z wyjątkiem próbki o stężeniu 0,1 mol%), przy jednoczesnym zauważalnym obniżeniu konduktywności.
6. Analiza możliwości wykorzystania wytworzonych włókien. Badane materiały stanowią obiecującą klasę materiałów nanostrukturalnych, odpowiednich zarówno do badań eksperymentalnych, jak i teoretycznych, ukierunkowanych na mechanizmy przewodnictwa elektrycznego, zachowanie polaryzacyjne oraz zjawiska relaksacji dielektrycznej. Właściwości te predestynują je do zastosowań nie tylko w technologii czujnikowej, systemach biomedycznych i optyce, lecz również w obszarach związanych z energetyką – w tym w kondensatorach o wysokiej przenikalności, wyświetlaczach i urządzeniach fotowoltaicznych, systemach magazynowania energii oraz komponentach izolacyjnych dla sieci elektroenergetycznych wysokiego napięcia.

1. Zaproszony referat na temat "Zmiennoprądowe właściwości dielektryczne antymonowo-germaniowo-boranowych szkieł optycznych domieszkowanych nanocząstkami srebra" z okazji Międzynarodowego Dnia Światła na seminarium pt. „Inżynieria Szkła i Światła” w Politechnice Białostockiej w dniu 12 czerwca 2025 r.
2. AC dielectric properties of antimony‑germanate‑borate optical glass rods co‑doped with silver nanoparticles / Oleksandr Boiko, Jacek Mariusz Żmojda, Marcin Kochanowicz, Tomasz Ragiń, Jakub Markiewicz, Krzysztof Markowski, Grzegorz Karol Komarzyniec // Archives of Electrical Engineering.- 2025, vol. 74, nr 3, s. 617-629, https://journals.pan.pl/dlibra/publication/154987/edition/135310/content
   
3. Dr inż. Oleksandr Boiko - Wykład otwarty na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej nt. „Spektroskopia impedancyjna jako metoda na badanie właściwości elektrycznych dielektryków funkcyjnych zawierających nanocząstki metaliczne” w dniu 11 grudnia 2024 r.