Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Inovativna konfiguracija virov induktivno sklopljene plinske plazme za uporabo v industrijskih reaktorjih

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
2.02  Tehniške in tehnološke vede  Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring 
Ključne besede
induktivno sklopljena plazma, uskladitveni člen, inovativna sklopitev, razširitev, H-način
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (20)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  38195  dr. Žiga Barba  Fizika  Raziskovalec  2020  19 
2.  07480  Marjan Drab  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2018 - 2021  67 
3.  38207  dr. Matej Holc  Elektronske komponente in tehnologije  Mladi raziskovalec  2018  20 
4.  28480  dr. Ita Junkar  Medicina  Raziskovalec  2018  287 
5.  51483  Blaž Kaplan    Raziskovalec  2019 - 2021 
6.  35588  Urška Kisovec    Tehnični sodelavec  2018 
7.  24265  dr. Davor Kontić  Varstvo okolja  Raziskovalec  2019 - 2020  116 
8.  15703  dr. Janez Kovač  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2018 - 2021  670 
9.  33216  dr. Romana Krištof  Javno zdravstvo (varstvo pri delu)  Raziskovalec  2019 - 2020  48 
10.  10429  dr. Miran Mozetič  Elektronske komponente in tehnologije  Vodja  2018 - 2021  1.352 
11.  53284  dr. Marko Petric  Fizika  Raziskovalec  2020  29 
12.  06527  Branko Petrič  Električne naprave  Raziskovalec  2018 - 2021  23 
13.  33326  dr. Gregor Primc  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2018 - 2021  265 
14.  34451  dr. Nina Recek  Biotehnologija  Raziskovalec  2018 - 2021  85 
15.  37482  dr. Matic Resnik  Elektronske komponente in tehnologije  Mladi raziskovalec  2018  52 
16.  31482  Jure Slovša    Tehnični sodelavec  2018 - 2021 
17.  52497  Maja Šukarov    Tehnični sodelavec  2019 - 2021 
18.  17622  Janez Trtnik    Tehnični sodelavec  2018 - 2021  18 
19.  20048  dr. Alenka Vesel  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2018 - 2021  689 
20.  31618  dr. Rok Zaplotnik  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2018 - 2021  304 
Organizacije (3)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  90.664 
2.  2341  INDUKTIO družba za tehnični razvoj in svetovanje d.o.o.  Ljubljana  1840711  23 
3.  3522  VACUTECH, vakuumske tehnologije in sistemi d.o.o.  Ljubljana  1554824  67 
Povzetek
Raziskali bomo sklopitev med radio-frekvenčnim (RF) generatorjem in induktivno plinsko plazmo v prevladujočem H načinu delovanja. Pripravili bomo inovativni sistem z več tuljavami, ki bodo vzporedno priklopljene na RF generator, kar bo omogočilo vzbujanje enakomerne plazme v velikih reaktorjih in s tem obdelavo izdelkov domala poljubne oblike in velikih dimenzij. Optimizirali bomo prenos moči z RF generatorja v plinsko plazmo. Plazemske parametre v inovativnem sistemu bomo merili z mikrovalovnimi sondami, plavajočimi električnimi sondami, optično emisijsko in absorpcijsko spektroskopijo (vključno z aktinometrijo in titracijo) in katalitičnimi sondami. V reaktorju bomo v odvisnosti od parametrov razelektritve merili  plazemske parametre, posebej gradiente gostote nevtralnih in električno nabitih plazemskih delcev. Inovativno sklopitev bomo patentirali. Uporabna bo za velike plazemske sisteme, kar bo omogočilo našemu industrijskemu partnerju (sofinancerju tega projekta) preboj v tržno nišo specialnih plazemskih sistemov s parametri po željah kupcev. Gre za izdelke z visoko dodano vrednostjo, ki bodo še posebej uporabni v industriji za nano-strukturiranje ogljikovih materialov, ki so zelo obetavni za uporabo v elektrokemiji, posebej v avtomobilski industriji.
Pomen za razvoj znanosti
V okviru tega projekta bomo orali ledino na ožjem znanstvenem področju obnašanja plazme, ki jo vzbujamo z induktivno sklopljeno RF razelektritvijo pri zmernih tlakih v molekularnih plinih. Opisa tovrstnih raziskav pri najboljši volji nismo zasledili v relevantni literaturi. Še posebej podarjamo naslednja doprinosa svetovni zakladnici znanja   1. Obnašanje mikrovalovnih sond za karakterizacijo plazme molekularnih plinov pri zmernih tlakih. Ta tehnika ni posebej pogosta, gre pa za eno redkih, ki omogočajo meritve gostote elektronov v zmerno ionizirani plinski plazmi, ki jo vzbujamo z induktivno sklopljenim RF generatorjem. Večina tehnik odpove zaradi izredno močnih visokofrekvenčnih polj znotraj tuljave. Lepa predstavitev te tehnike je v članku Hyun-Su Jun, Diagnostics principle of microwave cut-off probe for measuring absolute electron density, Physics of Plasmas 21, 084503 (2014); doi: 10.1063/1.4892943. Pred nedavnim je svetovno ugleden znanstvenik s področja fizike plazme objavil zanimiv prispevek Valery Godyak, Comments on plasma diagnostics with microwave probes, Physics of Plasmas 24, 060702 (2017); doi: 10.1063/1.4984781. Podrobnosti tehnike so opisane v referencah, na katere se sklicujeta oba avtorja. Pregled te literature kaže, da bomo orali ledino na področju karakterizacije tovrstne plazme z mikrovalovnimi sondami. Gre za razmeroma preprosto in zanesljivo tehniko, ki tudi ni predraga (če imate mrežni analizator) in omogoča merjenje gostote elektronov v šibko in zmerno ionizirani plazmi. Moderni mrežni analizatorji imajo obseg preko 100 GHz, tako da omogočajo meritve tudi pri gostotah elektronov preko 1E19m-3. 2. Obnašanje nevtralnih atomov na robovih induktivno sklopljene plazme ob prisotnosti materialov z visokim koeficientom za heterogeno površinsko rekombinacijo. Kot smo navedli v opisu projekta, posebej zanimiv material predstavljajo ogljikove nano-stene. Prav ta material ima ekstremno velik koeficient površinske rekombinacije, kar smo tolmačili z ujetjem atomov med grafenske plasti, ki so tako goste, da je razdalja med sosednjima krepko manjša on poprečne proste poti atomov v plinu pri relevantnih tlakih. Podrobnosti smo objavili v M. Mozetič et al, Oxygen atom loss coefficient of carbon nanowalls, Applied Surface Science (2015), http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.02.020. V reaktorjih, ki so predmet prijave tega projekta, pričakujemo izjemne gradiente gostote atomov, kar bomo merili z našimi diferencialno črpanimi lasersko krmiljenimi katalitičnimi sondami. Sonde smo umerili pri našem partnerju – svetovno znani skupini na Univerzi York – glej Naziv sodelujočih raziskovalnih skupin iz Evropske unije pod točko 3. te prijave.
Pomen za razvoj Slovenije
Kot smo že omenili, je glavna motivacija za prijavo tega projekta ambiciozen načrt raziskav in poznejšega razvoja specialnih velikih plazemskih reaktorjev za specifične potrebe kupcev. V konkretnem primeru gre za japonsko podjetje Toyota, ki ima sedež v Nagoyi. To podjetje se zelo zanima za uporabo tehnologije za hiter nanos nanosten vertikalno orientiranega grafena. Ključni raziskovalni partner podjetja Toyota je Univerza v Nagoyi, konkretno Sekine-Hori laboratorij (Japonci pogosto poimenujejo laboratorije po priimkih vodij). Ta skupina je najbolj znana v svetovnem merilu na področju plazemskega nanosa ogljikovih nanosten. M. Mozetič se je z M. Sekinem in M. Horijem dogovoril za sodelovanje pri komercializaciji tehnologije, ki smo jo pred kratkim razvili pri nas. Dogovor o nerazkritju skrivnosti med IJS in Univerzo v Nagoyi smo podpisali že pred letom, v začetku januarja 2018 pa smo podpisali pogodbo o delitvi pravic in obveznosti iz naslova raziskav in komercializacije naše tehnologije. Pogodba priznava IJS 80% delež, kar predstavlja zanimiv izziv za realizacijo ambicioznega načrta, ki presega Slovenski nivo in pomeni afirmacijo Evropske aplikativne znanosti. Pred nedavnim smo oddali patentno prijavo, na katero pa se ne moremo sklicevati v tej prijavi, ker še ni objavljena. Pred prodajo tehnologije pa moramo narediti še marsikaj – za začetek moramo našo tehnologijo (iz patentne prijave) spraviti z nivoja laboratorijskih prototipov v industrijske, za kar potrebujemo velik plazemski reaktor, v katerem bodo plazemski parametri identični tistim v eksperimentalnem. Razvoj takega reaktorja pa zahteva raziskave, ki so predmet te prijave.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Vmesno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno