Projekti / Programi
Inovativna konfiguracija virov induktivno sklopljene plinske plazme za uporabo v industrijskih reaktorjih
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 |
induktivno sklopljena plazma, uskladitveni člen, inovativna sklopitev, razširitev, H-način
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 |
289 |
5. |
51483 |
Blaž Kaplan |
|
Raziskovalec |
2019 - 2021 |
0 |
6. |
35588 |
Urška Kisovec |
|
Tehnični sodelavec |
2018 |
0 |
7. |
24265 |
dr. Davor Kontić |
Varstvo okolja |
Raziskovalec |
2019 - 2020 |
119 |
8. |
15703 |
dr. Janez Kovač |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
686 |
9. |
33216 |
dr. Romana Krištof |
Javno zdravstvo (varstvo pri delu) |
Raziskovalec |
2019 - 2020 |
49 |
10. |
10429 |
dr. Miran Mozetič |
Elektronske komponente in tehnologije |
Vodja |
2018 - 2021 |
1.364 |
11. |
53284 |
dr. Marko Petric |
Fizika |
Raziskovalec |
2020 |
41 |
12. |
06527 |
Branko Petrič |
Električne naprave |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
23 |
13. |
33326 |
dr. Gregor Primc |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
274 |
14. |
34451 |
dr. Nina Recek |
Biotehnologija |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
87 |
15. |
37482 |
dr. Matic Resnik |
Elektronske komponente in tehnologije |
Mladi raziskovalec |
2018 |
52 |
16. |
31482 |
Jure Slovša |
|
Tehnični sodelavec |
2018 - 2021 |
0 |
17. |
52497 |
Maja Šukarov |
|
Tehnični sodelavec |
2019 - 2021 |
0 |
18. |
17622 |
Janez Trtnik |
|
Tehnični sodelavec |
2018 - 2021 |
18 |
19. |
20048 |
dr. Alenka Vesel |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
700 |
20. |
31618 |
dr. Rok Zaplotnik |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
320 |
Organizacije (3)
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