Investigation of the structural order in minerals with layered structure  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
63973
Type PF
Principal investigator Kovácsné Kis, Viktória
Title in Hungarian Szerkezeti rendezettség vizsgálata rétegszerkezetű ásványokban
Title in English Investigation of the structural order in minerals with layered structure
Keywords in Hungarian rétegszerkezetek, rendezettség, transzmissziós elektronmikroszkópia, agyagásványok, szén, szilícium-dioxid
Keywords in English layered structures, structural order, transmission electron microscopy, clay minerals, carbon, silica
Discipline
Mineralogy, Petrology (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Panel Earth sciences 1
Department or equivalent MTA Research Institute for Technical Physics and Materials Science
Starting date 2006-02-01
Closing date 2011-07-31
Funding (in million HUF) 17.427
FTE (full time equivalent) 2.27
state closed project
Summary in Hungarian
OTKA POSZTDOKTORI PÁLYÁZAT RÖVID ÖSSZEFOGLALÁSA


A tervezett kutatás célja a szerkezeti rendezettség fokozatainak vizsgálata agyagásványokban, szilícium-dioxidban és különböző eredetű (meteoritból származó, illetve a légköri aeroszolt alkotó) nanométeres nagyságrendű szénrészecskékben. Cél továbbá a szerkezeti rendezettség és az anyagi tulajdonságok kapcsolatának feltárása, az egyes szerkezetek kialakulásához, illetve létrehozásához szükséges feltételek vizsgálata.
A kutatás során az elsődleges vizsgálati módszer a transzmissziós elektronmikroszkópia, mely nanométeres lokalitású szerkezetanalízist tesz lehetővé. A nagyfelbontású elektronmikroszkópiát és a kvantitatív elektrondiffrakciót szerkezeti modellezés egészíti ki.
A kutatás során az alábbi konkrét területeken várható eredmény:
A szénszerkezeteken végzett vizsgálatok és a hozzájuk, illetve a SiO2-hoz kapcsolódó modellezés eredményeivel bővülnek a rétegszerkezetek különböző rendezettségi fokú állapotaira, illetve a szerkezetépülésükre vonatkozó ismeretek.
Kapcsolat a nanoszenek szerkezete és a szénrészecskék kialakulása, illetve eredete között.
A duzzadó agyagásványok szerkezetvizsgálata a nehézfémion-megkötés és migráció mikromechanizmusáról, illetve az agyagásvány szerkezetfejlődéséről szolgáltat információt. A nanokompozit szerkezetek vizsgálata, a közvetlen gyakorlati alkalmazáson túl (pl. szénhidrogén-kutatás), számos geológiai folyamat (pl. mállás, diagenezis, metamorfózis) megértéséhez is hozzájárul.
Summary
OTKA POSZTDOKTORI PÁLYÁZAT RÖVID ÖSSZEFOGLALÁSA
BRIEF SUMMARY

The goal of the project is the examination of the degree of the structural order in clay minerals, silica and carbonaceous nanoparticles of different origin (meteorite and atmospheric aerosol). Further goal is to reveal the relationship between structural order and material properties and to study the required conditions for the development of the individual structures.
The primary technique applied during the project will be transmission electron microscopy, which allows nanoscale locality in the structure analysis. High resolution electron microscopy and quantitative electron diffraction is completed by structure modelling.
During the project, results are expected in the following fields:
The studies on the structure of carbonaceous nanoparticles and the related modelling, together with the modelling of partly ordered silica structures will contribute to the knowledge of the different states of order in layered structures, and also to the development of the same structures.
Relationship between the structure, development and the origin of the carbonaceous nanoparticles.
The structural investigation of swelling clay minerals provides information about the micromechanism of the heavy metal ion fixation and migration, and the development of the clay mineral structure as well. The study of the nanocomposite structures, besides its direct application in hydrocarbon industry, also contributes to the nanoscale understanding of numerous geological processes (e.g. weathering, diagenesis, metamorphism).




 

Final report

  
Results in Hungarian
A nanoanyagok vizsgálatának ideális eszköze a transzmissziós elektronmikroszkópia (TEM) és a hozzá kapcsolódó lokális analitikai módszerek. A kutatómunka során rétegszerkezetű nanoanyagokról TEM-mel környezeti-geológiai szempontból lényeges új ismeretekhez jutottunk, melyek komplementer módon egészítik ki a rutinszerűen alkalmazott nem lokális vizsgálatok eredményeit. Légköri koromrészecskék esetében a görbült grafénsíkok hidrogén, azaz aromás tartalmára derítettünk fényt. Nemzetközi standard montmorillonitokon a vakanciaeloszlás heterogenitását mutattam meg kvantitatív elektrondiffrakcióval néhány rétegköteg-szinten. Réteges szilícium-dioxid szerkezetek és a szmektitszerkezet szoros kapcsolatát mutattuk ki és boncoltam egy nanokompozit és egy nanokristályos üveg példáján. Analitikai TEM-et alkalmaztam a talajban lezajló adszorpciós folyamatok nyomonkövetésében. A talajban adszorbeált nehézfém-ionok egyes talajalkotó fázisokon (pl. vermikulit, szemktit, illit, karbonát, stb.) való megkötődését vizsgáltuk. Rámutattunk a nanokristályos vas-(oxi)hidroxid bevonat adszorpciós tulajdonságokat módosító, véleményünk szerint igen fontos szerepére, aminek közvetlen gyakorlati jelentősége van. A nagyföloldású vizsgálatokhoz (HRTEM) kapcsolódóan szimulációkat készítettem, melyek nanorészecskék kvantitatív HRTEM vizsgálata során szolgálhatnak támpontul.
Results in English
Transmission electron microscopy (TEM) and the joint local analytical methods are ideal for studying nanomaterials. During the present TEM-based research, layered nanomaterials were investigated and novel results with environmental-geological impact were obtained. Hydrogen content was proved by quantitative electron diffraction in soot nanoparticles from atmospheric aerosol. The hydrogen is located inside the curved graphene layers in the form of aromatic compounds. International standard montmorillonites were studied by energy filtered electron diffraction and heterogeneous vacancy distribution on a few layers scale was deduced. Structural intergrowth of layered silica and smectite was shown in a nanocomposite material and further analysed in case of a partially devitrified nanocrystalline silicate glass. The validity of flipped tetrahedra in the smectite structure was discussed as well. Analytical TEM was applied to study adsorption processes of heavy metal ions on the surface of individual soil-forming phases. The locality of the applied method allows separate measurement of vermiculite, smectite, illite, chlorite, carbonate etc. particles. We highlighted the role of nanocrystalline iron (oxy)hydroxide coatings in the adsorption process which has direct outcome in the practice. In relation to high resolution (HR)TEM studies on gold nanoparticles, simulations were made which can serve as a guideline in quantitative HRTEM analysis of nanoparticles.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=63973
Decision
Yes





 

List of publications

  
Kovács Kis, V., Dódony, I. & Lábár, J.L.: Amorphous and partly ordered structures in SiO2 rich volcanic glasses. An electron diffraction study., Eur. J. Miner. 18. 745-752., 2006
Sipos P, Németh T, Kovács Kis V, Mohai I: Heavy metal retention by soil mineral phases during a potential soil contamination by sewage sludge., Chinese Journal of Geochemistry 25: 194-195., 2006
V. Kovács Kis, M. Pósfai, J. L. Lábár: SAED study of atmospheric soot particles implies hydrogen content., 5th Workshop on EELS/EFTEM, 27-29 September, Vienna, Program and Abstracts, 33, 2006
Kovács Kis, V., Pósfai, M. & Lábár, J.L.: Nanostructure of atmospheric soot particles., Atmosperic Environment 40. 5533-5542., 2006
R. O. Grasin, J. L. Lábár, V. K. Kis, K. Sedláèková, G. Radnóczi: Glassy carbon between amorphous carbon and crystalline graphite, structural differences revealed by TEM, SAED and EELS, Acta Metallurgica Slovaca 13. 150-154, 2007
B. Raucsik, A. Raucsik-Varga, Gy. Szakmány and V. Kovács-Kiss: Clay mineralogy, petrography and geochemistry of Late Paleozoic siliciclastic rocks from the Mecsek-Villány area (SW Hungary): implications for source-area weathering, pr, 3rd Mid-European Clay Conference, September 18 - 23, 2006 Opatija, Croatia, Abstracts Book, 9., 2006
Pósfai M., Simonits R., Kovács Kis V. Lábár J.: Compositions, structures, and surface properties of carbonaceous aerosol particles from the continental atmosphere., 19th General Meeting of the IMA, 23-28 July 2006 Kobe, Japan. Program & Abstracts, 268, 2006
V. Kovács-Kis: Energy filtered electron diffraction studies on Wyoming montmorillonite crystals, Euroclay 2007, Aveiro, Portugal, Abstract Book, 2007
Szenes G, Kovacs VK, Pecz B, Skuratov V: The effect of heavy cosmic-ray ions on silicate grains in the interstellar dust, Astrophysical Journal 708. 288-292., 2010
Varga Andrea, Raucsik Béla, Kovács Kis Viktória,, Szakmány György: A Turonyi Formáció pélites kőzeteinek ásványtani és kőzettani jellemzői., Földtani Közlöny 138/1 5-20, 2008
Péter Sipos, Tibor Németh, Viktória Kovács Kis and Ilona Mohai: Sorption of copper, zinc and lead on soil mineral phases, Chemosphere 73, 4, 461-469, 2008
Péter Sipos, Tibor Németh, Viktória Kovács Kis and Ilona Mohai: Association of individual soil mineral constituents and heavy metals as studied by sorption experiments and analytical electron microscopy analyses, Journal of Hazardous Materials 168, 2-3. 1512-1520., 2009
Fejes P, Kis V, Lazar K, Marsi I, Nagy JB: Various nano-size iron oxide polymorphs on mesoporous supports I - New mesoporous catalyst supports synthesized in acidic and alkaline media, Microporous and Mesoporous Materials 112. 377-391., 2008
Hobor S, Revesz A, Szabo PJ, Zhilyaev AP, Kis VK, Labar JL, Kovacs Z: High pressure torsion of amorphous Cu60Zr30Ti10 alloy, Journal of Applied Physics 104. 10.1063/1.2964115, 2008
V.K. Kis, T. Németh, M. Keresztes: Iron Induced Crystallization in Silicate Glass., ISMANAM2011 (International Symposium on Metastable, Amorphous and Nanostructured Materials, 2011. jún. 26-júl. 1) Book of Abstracts p. 230., 2011
V.K. Kis, O. Geszti, P. Süle, Zs. Kovács and G. Sáfrán: HRTEM Simulation of Au and Au-Pd Core-Shell Nanoparticles., ISMANAM2011 (International Symposium on Metastable, Amorphous and Nanostructured Materials, 2011. jún. 26-júl. 1) Book of Abstracts p. 214., 2011



Back »