Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Ovrednotenje obsega plazemskih parametrov, ki so primerni za nanostrukturiranje polimerov na industrijskem nivoju

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
2.09.00  Tehnika  Elektronske komponente in tehnologije   

Koda Veda Področje
P240  Naravoslovno-matematične vede  Plini, dinamika tekočin, plazma 

Koda Veda Področje
2.05  Tehniške in tehnološke vede  Materiali 
Ključne besede
plazma, porazelektritev, polimer, razelektritev, nanostrukturiranje, funkcionalizacija, omočljivost
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (22)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  37467  dr. Tilen Brecelj  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2019 - 2020  26 
2.  31692  Tomaž Cimperšek    Tehnični sodelavec  2017 
3.  07480  Marjan Drab  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2017 - 2020  67 
4.  35960  dr. Žiga Gosar  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2017 - 2020  57 
5.  38207  dr. Matej Holc  Elektronske komponente in tehnologije  Mladi raziskovalec  2017 - 2018  20 
6.  28480  dr. Ita Junkar  Medicina  Raziskovalec  2017 - 2018  288 
7.  51483  Blaž Kaplan    Raziskovalec  2019 - 2020 
8.  50410  mag. Andreja Knez  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2017 - 2018 
9.  24265  dr. Davor Kontić  Varstvo okolja  Raziskovalec  2019 - 2020  117 
10.  15703  dr. Janez Kovač  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2017 - 2020  677 
11.  53287  dr. Marian Lehocky  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2019 - 2020  41 
12.  52435  Eva Levičnik    Tehnični sodelavec  2020  10 
13.  10429  dr. Miran Mozetič  Elektronske komponente in tehnologije  Vodja  2017 - 2020  1.354 
14.  06527  Branko Petrič  Električne naprave  Raziskovalec  2017 - 2020  23 
15.  33326  dr. Gregor Primc  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2018 - 2020  266 
16.  34451  dr. Nina Recek  Biotehnologija  Raziskovalec  2017 - 2020  85 
17.  37482  dr. Matic Resnik  Elektronske komponente in tehnologije  Mladi raziskovalec  2017 - 2018  52 
18.  31482  Jure Slovša    Tehnični sodelavec  2018 - 2020 
19.  51363  Tatjana Škulj  Ekonomija  Raziskovalec  2018 - 2019 
20.  52497  Maja Šukarov    Tehnični sodelavec  2019 - 2020 
21.  20048  dr. Alenka Vesel  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2017 - 2020  692 
22.  31618  dr. Rok Zaplotnik  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2017 - 2020  310 
Organizacije (4)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  90.987 
2.  2341  INDUKTIO družba za tehnični razvoj in svetovanje d.o.o.  Ljubljana  1840711  23 
3.  3253  ELVEZ, proizvodnja kabelske konfekcije in predelava plastičnih mas, d.o.o.  Višnja Gora  5569613  57 
4.  3522  VACUTECH, vakuumske tehnologije in sistemi d.o.o.  Ljubljana  1554824  67 
Povzetek
Določili bomo obseg plazemskih parametrov, ki so primerni za nanostrukturiranje, funkcionalizacijo in optimalno omočljivost polietilentereftalata (PET), polietilena (PE), polikarbonata (PC), polifenilsulfida (PPS), polipropilena (PP) in etilentetrafluoretilena (ETFE) v razumnem času obdelave. Spreminjali bomo tok pozitivno nabitih kisikovih ionov med 1E17 m-2s-1 in 1E20 m-2s-1, kar bomo dosegli s prilagoditvijo razelektritvenih parametrov, tok nevtralnih kisikovih atomov na površino polimerov pa med 1E19 m-2s-1 in 1E24 m-2s-1. Tok nevtralnih atomov bomo spreminjali neodvisno od razelektritvenih parametrov (in s tem toka ionov) z uporabo pomičnega rekombinatorja. Ustrezne doze radikalov bomo dosegli s spreminjanjem časa obdelave. Plazemske parametre bomo merili z električnimi in katalitičnimi sondami, optično spektroskopijo in masno spektrometrijo, medtem ko bomo površinske učinke opazovali z vrstično elektronsko mikroskopijo, mikroskopijo na atomsko silo, rentgensko fotoelektronsko spektroskopijo in spektrometrijo mase sekundarnih ionov. Polimeri, za katere ne bomo uspeli doseči super hidrofilnosti z uporabo kisikove plazme in časom obdelave okoli 10s (to je zahteva industrijskega partnerja in sofinancerja tega projekta) bomo obdelovali z inovativnim dvostopenjskim procesom. Optimalni obseg plazemskih parametrov za dosego ustreznih površinskih učinkov bomo določili v manjšem reaktorju velikosti 1 liter. Možnost preslikanja teh parametrov do industrijskih reaktorjev bomo raziskali v dveh korakih in sicer najprej z uporabo srednje velikega reaktorja prostornine 100 l, pozneje pa z velikim industrijskim reaktorjem prostornine 5000 l. Sklopitev generatorjev s plazmo, ki je primerna za dosego obsega plazemskih parametrov, ki so določeni v majhnem reaktorju, bomo raziskali za oba večja reaktorja sprva teoretično in pozneje eksperimentalno z uporabo alternativnih konfiguracij elektrod. Ko bomo dosegli optimalne plazemske parametre v srednje velikem reaktorju, bomo predlagali pilotno proizvodnjo komponent za avtomobilsko industrijo v kontinuirnem načinu. Neodvisno od odločitve industrijskega partnerja bomo alternativno sklopitev kakor tudi drugačen RF generator testirali tudi v velikem industrijskem reaktorju. Rezultati raziskovalnih aktivnosti v okviru tega projekta bodo omogočili našemu industrijskemu partnerju optimizacijo proizvodnje komponent za avtomobilsko industrijo. Inovativne rešitve bomo zaščitili z dvema patentnima prijavama, pri čemer bo ena s področja dvostopenjskega procesa za obdelavo polimerov, druga pa za inovativno sklopitev med RF generatorjem in plinsko plazmo v velikih reaktorjih. Znanstvene rezultate bomo objavili v specializiranih revijah s področja plazemskega procesiranja polimerov, kakor tudi znanosti o površinah. Pripravili bomo tudi monografijo o učinkih reaktivnih plazemskih delcev na razvoj površinske morfologije in funkcionalnih lastnih obdelovancev.
Pomen za razvoj znanosti
Kot smo že navedli v pregledu stanja je literatura na temo plazemske obdelave izredno obsežna. Pravzaprav smo navedli le nekaj najpomembnejših dosežkov. Različni avtorji so uporabili različne konfiguracije plinske razelektritve in poročali o različnih modifikacijah površine, ki so jih opazili pri danih pogojih. Ta pristop ni povsem brezmadežen, saj plinske razelektritve ne reagirajo s polimeri, ampak s polimeri reagirajo reaktivni plinski delci. Bolj pravilen (znanstven) pristop je torej raziskava vpliva plazemskih delcev na površino polimerov. Očitno je za znanstveni pristop potrebno znanje o toku oziroma gostoti toka plazemskih delcev na površino obdelovancev. Žal le redke raziskovalne skupine razpolagajo s tehnikami za natančno merjenje koncentracije plazemskih delcev in k sreči je ena od tovrstnih skupin naša. V primeru obdelave materialov s plazmo kisika ali vodika sta ključna procesna parametra gostoti pozitivnih ionov in nevtralnih atomov v osnovnem stanju. Kisikova plazma je tudi bogata z enoelektronsko vzbujenimi molekulami, katerih stanja so metastabilna. Običajni oznaki sta »a« in 2b« stanji. Poleg tega so prisotni tudi metastabilni atomi (stanji 1D in 1S), pa tudi molekule ozona. V kisikovi plazmi so tudi negativno nabiti ioni, ki pa niso pomembni za obdelavo polimerov, saj ne morejo doseči površine obdelovanca zaradi negativnega potenciala na površini. Koncentracije zgoraj navedenih plazemskih delcev ni preprosto izmeriti. Gostoto pozitivnih ionov običajno merimo z električnimi (pogosto imenovanimi tudi Langmuirjevimi) sondami, ki pa se ne obnesejo najbolje v induktivnih sklopitvah zaradi elektromagnetnih motenj. S tega vidika so bistveno boljše mikrovalovne sonde, ki so domala imune na RF motnje. Gostoto nevtralnih atomov se pogosto meri z metodo TALIF, ki pa je zelo draga, aktinometrijo (ki ni povsem zanesljiva) in katalitičnimi sondami. Slednje morajo biti diferencialno črpane da bi bile meritve pravilne. Koncentracije ostalih delcev se redko merijo. Namesto tega se uporablja teoretični pristop kot na primer v našem znanstvenem dosežku 5, kjer smo primerjali teorijo z eksperimentom. Naši reaktorji, ki jih bomo uporabili za raziskave v okviru predlaganega projekta, bodo opremljeni z električnimi in katalitičnimi sondami, tako da bomo lahko dokaj natančno izmerili ključna parametra plazme. Kot smo že omenili, bomo lahko neodvisno spreminjali parametra z inovativnim pristopom.  Pomemben prispevek k znanosti bo brez dvoma uporaba gibljivega rekombinatorja za spreminjanje gostote nevtralnih atomov. Rekombinator bo omogočil spreminjanje gostote v širokem obsegu, ne bo pa vplival bistveno na gostoto ionov. Tovrstne konfiguracije eksperimenta še nismo zasledili v znanstveni literaturi. Plazma je tudi močan izvir UV sevanja. Vpliv tega sevanja na površinske lastnosti polimerov se redko zasledi v literaturi. Verjetno je najbolj napredna skupina s tega področja tista iz Nagoje, Japonska, ki jo vodi prof. Hori. Z njim sodelujemo že več let, trenutno v okviru bilateralnega projekta.
Pomen za razvoj Slovenije
Proizvodnji sektorji so v Evropskem merilu do nedavnega padali za okoli 3 odstotne točke letno in predstavljajo zgolj 15% BDP. Kriza iz leta 2008 je še pospešila ta trend, tako da smo trenutno daleč od ciljnega 20% deleža proizvodnih dejavnosti do leta 2020. Reindustrializacija je torej nujna in jo lahko dosežemo le z vpeljavo novih ali izboljšanih izdelkov oziroma tehnologij, za kar pa so nujna vlaganja javnih sredstev v aplikativne raziskave. Slovenska industrija je tradicionalno osredotočena na proizvodnjo komponent za elektro in avtomobilsko industrijo. Mnogi izdelki so narejeni iz polimerov ali zaprti v polimerna ohišja. Stroški proizvodnje niso vselej optimizirani, prav tako ne kakovost. Pomemben razlog za to je pomanjkanje znanja o vrhunskih tehnologijah za procesiranje materialov, ki so obenem tudi okolju prijazne. Cilj tega projekta je doseganje kritičnega znanja, ki je potrebno za vpeljavo sodobne tehnologije nanostrukturiranosti v masovno proizvodnjo. Rezultati tega projekta bodo omogočili nadgradnjo eksperimentalnih rezultatov v velike proizvodnje reaktorje, kar bo omogočilo uporabo inovativne tehnologije v proizvodnji. Sofinancer tega projekta, podjetje Elvez iz Ivančne gorice, sodi med hitro rastoča srednje velika podjetja z jasno vizijo razvoja. Trenutno zaposluje 300 delavcev. Podjetje želi povečati proizvodnjo kakor tudi kakovost izdelkov, želi uporabiti okolju prijazne tehnologije in prodreti v niše, ki jih odlikuje večja dodana vrednost. Prijavljeni projekt se odlično ujema s strategijo podjetja. Podjetje trenutno uporablja komercialne reaktorje, ki jih kupuje v tujini. Procesiranje izdelkov s plinsko plazmo opravi v velikem reaktorju, pri čemer pa je čas obdelave predolg, pa tudi kakovost ni vselej na želenem nivoju. Trenutni cilj podjetja je izboljšanje procesnih parametrov v smislu boljše kakovosti in skrajšanja delovnega cikla. Dolgoročni cilj pa je uporaba namenske linije, ki je optimizirana prav za njihove izdelke in je cenejša od komercialnih. Na ta način bi pocenili proizvodnjo, postali konkurenčnejši in si zagotovili večji tržni delež. Vse to bomo poskusili doseči kot rezultat tega projekta. Dolgoročni cilj podjetja pa je tudi trženje inovativnih linij, ki so posledica lastnega znanja, na globalnem trgu. Podjetje ima dober pregled na tem tržnem segmentu in ocenjuje letne potrebe na več 100 linij zgolj v njihovi branži. Kot smo že večkrat poudarili v tej prijavi, bomo inovativni pristop zaščitili z ustreznimi patenti, kar bo omogočilo podjetju dolgoročen vstop v nišo namenskih reaktorjev z visoko dodano vrednostjo.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Vmesno poročilo, zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Vmesno poročilo, zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno