Projekti / Programi
Napredni mehki nematokalorični materiali
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P250 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: struktura, termične in mehanske lastnosti, kristalografija, fazno ravnovesje |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
ogromen mehanokalorični pojav, tekočekristalni elastomeri, hladilne naprave, okolju prijazna tehnologija, izboljšan energijski izkoristek
Raziskovalci (8)
Organizacije (2)
Povzetek
Predlagamo raziskave na področju mehanokaloričnih tekočekristalnih elastomernih (TKE) materialov in novih mehanokaloričnih hladilnih elementov za razvoj okolju prijaznih hladilnih tehnologij z visoko energijsko učinkovitostjo. Raziskati nameravamo elastokalorično (eC) in barokalorično (BC) obliko mehanokaloričnega (mC) pojava v TKE. Kot je pokazano v naših preliminarnih raziskavah objavljenih v Phyl. Trans. R. Soc. A, je bil v glavnoverižnih TKE dosežen pomemben eC odziv 0.35-1.0 K pri relativno majhnem, 75% raztezku, ki vključuje dva reda manjšo amplitudo mehanske napetosti v primerjavi s konvencionalnimi zlitinami z oblikovnim spominom (SMA). In glede na to, da lahko v glavnoverižnih TKE dosežemo raztezke do 600%, je v teh materialih mogoče pričakovati eC pojav kot tudi BC pojav, ki presega več K. V naši publikaciji v Nature Communication smo pokazali, da je mogoče s pomočjo dopiranja konvencionalnih TKE z urejenimi mikrodelci v magnetnem polju zaobiti omejitve glede velikosti in oblik konvencionalnih TKE. Kot je navedeno v »Research highlights« v Nature Physics, omenjeno odpira pot k oblikovanju termomehansko funkcionaliziranih konvencionalnih elastomerov »na zahtevo«, kar je obvezen predpogoj za učinkovito uporabo TKE v mC hladilnih napravah. Naš končni cilj je izgradnja prvega prototipa hladilne naprave na osnovi mehkih mC materialih in bo dosežen s (i) sintezo in izbiro najbolj učinkovitih mC TKE materialov, kar bo podprto z (ii) razvojem molekularnega modela eC TKE materialov in določitvijo relevantnih fizikalnih in strukturnih parametrov za izboljšanje mC odziva, (iii) maksimirano eC odzivnostjo materialov, podaljšano življenjsko dobo in vzdržljivostjo (vsaj 107 ciklov) ter minimiranim Joulovim gretjem in utrujanjem, ter z (iii) izdelavo prototipa TKE eC hladilne naprave in s testiranjem njene zmogljivosti glede na dosežen temperaturni gradient med toplo in hladno stranjo. Rezultati projekta bodo predstavljeni strokovnemu občinstvu v obliki delujočega prototipa hladilne naprave, znanstvenih člankov, domačih in tujih patentov, in predavanjih na mednarodnih in domačih znanstvenih srečanjih, ter tudi širšemu občinstvu v obliki promocijskih člankov v raznih medijih (internet, TV, Časopisi, radio). Projektna skupina je sposobna izvesti celoten program projekta, saj ima izkušnje v razvoju kaloričnih materialov, vključno s TKE, z izvedbo meritev kaloričnega pojava, ter z razvojem hladilnih tehnologij na osnovi trdnih snovi. Prav tako je bila sposobnost skupine na področju aplikativno usmerjenih raziskav nedavno izkazana z Evropskim patentom (s področja elektrokaloričnega (EC) pojava), ki je bil pred kratkim kupljen s strani koncerna Gorenje, ki je ena izmed pomembnih evropskih proizvajalcev gospodinjskih aparatov, s sedežem v Sloveniji. Projekt predstavlja prvi takšen primer v svetovnem merilu, kjer bodo kot hladilni mC materiali uporabljeni TKE. Še več, predstavlja izviren znanstveni prispevek, saj razvoj in raziskave v takšnem obsegu še niso bile narejene. Prav tako pa bodo rezultati projekta dali osnovne temelje za razvoj hladilnih tehnologij na osnovi mehkih mehanokaloričnih materialov. Slednje bo imelo velik vpliv na številne hladilne aplikacije v območju tržnih niš, od mikroelektronike in mikrorobotike do makro hladilnih naprav v industrijskih in energetskih proizvodnih procesih in celo v vesoljski tehnologiji. Ta projekt odpira ne samo novo raziskovalno področje v Sloveniji, ampak lahko njegovi rezultati pripeljejo do novih vodilnih tehnologij in tudi industrijskih panog, kar bo bistveno prispevalo h konkurenčnosti Slovenskega in Evropskega gospodarstva ter družbe na splošno. Prav tako pa imajo lahko rezultati velik pomen, ne samo za slovensko industrijo, ampak tudi za svetovno industrijo povezano z razvojem nove generacije hladilnih naprav.
Pomen za razvoj znanosti
Projekt predlaga izvirno raziskavo na področju naprednih mehkih nematokaloričnih materialov z ogromnim mehanokaloričnim odzivom, ki bo vzbujen z do tri rede velikosti nižjo vrednostjo mehanskih napetosti, kot v trenutnih mehanokalorični materiali, z boljšo kalorično odzivnostjo in z vzdržljivostjo vsaj 107 ciklov ter visoko energijsko učinkovitostjo. Poleg tega bo v okviru projekta izdelan prvi prototip elastokalorične hladilne naprave na osnovi tekočekristalnih elastomerov. Tako projekt predstavlja v svetovnem merilu prvi poskus, kjer bodo kot mehanokalorični materiali uporabljeni TKE. Poleg tega pa raziskave in razvoj predstavljajo izviren znanstveni prispevek, ki v takšnem obsegu še ni bil narejen. Prav tako pa bodo rezultati projekta dali osnovne temelje za razvoj hladilnih tehnologij na osnovi mehkih mehanokaloričnih materialov. Slednje bo imelo velik vpliv na številne hladilne aplikacije v širokem območju tržnih niš, od mikro do makro hladilnih naprav v industrijskih in energetskih proizvodnih procesih. Pridobljena znanja bodo prenešena v akademsko znanstveno in pedagoško sfero. Prav tako pa bodo aktivnosti v okviru projekta koristile pri usposabljanju mladih raziskovalcev v okviru doktorskega študija.
Pomen za razvoj Slovenije
The project proposes an original research in development of advanced soft nematocaloric materials with giant mechanocaloric effect induced with typically three orders of magnitude lower stress fields than in the current mechanocaloric materials, with superior caloric responsivity and durability, of at least 107 cycles, and with higher energy efficiency. Further, it proposes a building of the first prototype of an elastocaloric cooling device based on liquid crystal elastomers. Moreover, the project represents the first such attempt in the world to use LCEs as mechanocaloric materials. The represented research and development, which, until now, has not been conducted in such completeness, are thus an original contribution to science. Furthermore, the project results will be of fundamental importance for the development of future cooling technologies based on soft mechanocaloric materials. This will have great potential impact on various cooling applications, as well as on niches ranging from micro to macro cooling devices in industrial and energy production processes. The obtained knowledge will be transferred to the academic scientific and pedagogical areas, and the activities within the project will help in the training of young researchers within their PhD studies.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
