Projekti / Programi
Hladno sintranje multifunkcijskih elektronskih komponent
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.09.01 |
Tehnika |
Elektronske komponente in tehnologije |
Materiali za elektronske komponente |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
energija, shranjevanje, keramika, hladno sintranje, raztapljanje, precipitacija, kompoziti, magnetoelektrik, feroelektrik, polarizacija, povezanost zrn, prenos energije preko deformacije
Raziskovalci (12)
Organizacije (2)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
20.922 |
| 2. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.624 |
Povzetek
Nižanje stroškov energije pri izdelavi materialov za učinkovito pretvorbo prosto dostopne, trajnostne ali odpadne energije v električno energijo, da bi zmanjšali trend po vedno večjem povpraševanju po napajanju sodobne elektronike, je ena glavnih skrbi znanstvenikov, ki se ukvarjajo z razvojem materialov. Zato želimo za proizvodnjo novih funkcijskih materialov na osnovi feroelektrikov z izboljšanimi zmogljivostmi uporabiti nedavno razkrit postopek hladnega sintranja. Glavni cilj le-tega, in našega projekta je razumeti mehanizme hladnega sintranja, ki temelji na nizki temperaturi (<350 ° C), tlaku (<600 MPa) in dodatku majhne količine raztopine, ter raziskati polni potencial te metode za oblikovanje napredne feroelektrične keramike, večnamenskih kompozitov, kot tudi novih struktur materialov, ki so po standardih običajnih postopkov sintranja težko dosegljive zaradi termično inducirane difuzije elementov med različnimi fazami, zaradi česar se njihove lastnosti drastično poslabšajo. Konvencionalno sintranje dejansko zahteva zelo visoko temperaturno obdelavo (običajno nad 1000 °C) in kaže številne pomanjkljivosti, kot je velika poraba energije in s tem negativni vpliv na okolje, poleg večne dileme potencialne hlapnosti škodljivih elementov, kot tudi omejitve pri oblikovanju materialov kadar želimo kombinirati materiale različnih tipov (npr. oksid, kovina, polimer), kar se izkaže za zelo zahtevno ali celo nemogoče. Prva uspešna hladno sintrana feroelektrična perovskitna keramika, BaTiO3, ki je načeloma netopna, je bila razkrita v objavi decembra 2019, o tem je poročal profesor C. Randall z univerze Penn State v ZDA (sodelavec PI). Tako se je le nazadnje pokazalo, da je mogoče perovskite sintrati pri le 300 °C. Čeprav je ta nova tehnika izdelave funkcijske keramike izredno obetavna, je še vedno veliko neznank v postopkih, ki poganjajo hladno sintranje, tako da je metoda še vedno v povojih, veliko je prostora za raziskave. Temeljno razumevanje postopka hladnega sintranja in ključnih parametrov (raztopina, temperatura, tlak, čas, površina in velikost zrna) so torej ključnega pomena za nadaljnji razvoj tehnološkega procesa. Za dosego tega cilja predlagamo uporabo hladnega sintranja za načrtovanje feroelektričnih materialov, ki so v osnovi večnamenski materiali z uporabnimi lastnostmi za shranjevanje in pretvorbo energije, saj kažejo edinstvene dielektrične, piezoelektrične, piroelektrične, elektrokalorične in celo magnetnoelektrične lastnosti. Napredna in najsodobnejša orodja in veščine, ki so na voljo na odseku za elektronsko keramiko na IJS, mednarodna sodelovanja, ki jih je razvila vodja projekta, ter široko strokovno znanje o feroelektrikih in sorodnih materialih ki ga ima vodja in ostali sodelavci odseka, kot tudi nedavno pridobljena aparatura za hladno sintranje, ki ga je financiral JSI iz Direktorjevega sklada, nam omogoča, da raziščemo postopke hladnega sintranja enofazno keramiko, kompozitov, ki temeljijo na več oksidih, in hladno sintrane večkomponentne strukture, kjer želimo soobstoj različnih oksidov, kovine in/ali polimera. Verjamemo, da nam bo takšna metodologija omogočila, da razkrijemo ključne mehanizme v središču procesa hladnega sintranja, kako lahko z njimi manipuliramo za pridobitev unikatnih materialov, povezanih z feroelektričnostjo, z izboljšanimi zmogljivostmi in novimi lastnostmi za uporabo v energiji. Naš projekt je ambiciozen, izviren in ob ravno pravem času. Omogočil bo ne le temeljno razumevanje postopka hladnega sintranja in smernic za oblikovanje novih struktur elektronskih materialov s povišanimi lastnostmi, ampak nam bo tudi pomagal pridobiti mednarodno prepoznavnost na tem zelo obetavnem področju hladnega sintranja, ter služil kot odskočna deska za pridobivanje projektov v prihodnosti v evropskem merilu in, prav tako pomembno, omogočil vzpostavitev in/ali krepitev odnosov s podjetji.
