Projekti / Programi
Načrtovanje tankih plasti relaksorskih feroelektrikov za piezoelektrične aplikacije in shranjevanje energije
| 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 |
Piezoelektričnost, shranjevanje energije, relaksorski feroelektriki, PMN-PT, silicij, skandiati, pulzno lasersko nanašanje, medplastna napetost, domenska struktura
Raziskovalci (11)
Organizacije (2)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.742 |
| 2. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
20.997 |
Povzetek
Relaksorski feroelektriki so široko raziskani zaradi svojih izjemnih dielektričnih in elektro-mehanskih lastnosti v monokristalih in keramiki. Njihova kvaliteta je povezana s prisotnostjo kompleksne domenske strukture v bližini morfotropne fazne meje (MPB). Tankoplastni materiali so bili do sedaj deležni manjše pozornosti v primerjavi z volumskimi materiali, predvsem pri določevanju korelacij med lokalnimi nano-domenskimi strukturami in funkcionalnimi lastnostmi, kar je predvsem posledica eksperimentalnih izzivov pri sintezi visokokakovostnih vzorcev. Z namenom razvoja nano-materialov z visoko zmogljivostjo za mikro-elektro-mehanske sisteme (MEMS) in naprave za shranjevanje energije, bomo v tem projektu načrtovali medplastne napetosti za nadzor in razumevanje razvoja nano-domenskih struktur ter njihovega prispevka k feroelektričnim susceptibilnostim prototipnega relaksorsko feroelektričnega oksida Pb(Mg1/Nb2/3)O3-x%PbTiO3 (PMN-xPT). Poglobljeno razumevanje povezav med strukturo in lastnostmi v tako zapletenem materialu, bo omogočilo določitev ustreznih ključnih parametrov, ki so odgovorni za nastanek specifičnih konfiguracij lokalne kemijske in domenske strukture s funkcionalnimi lastnostmi, ki so bližje tistih, ki jih najdemo v volumskih materialih v bližini MPB. S tehniko pulznega laserskega nanašanja (PLD) bomo sintetizirali visokokakovostne plasti in heterostrukture s sestavami preko MPB na seriji monokristalov z enojno terminacijo. Poleg spreminjanja velikosti osnovnih celic in koeficientov termičnih raztezkov substratov, nudi metoda PLD veliko fleksibilno parametrov nanašanja, kar nam bo omogočilo načrtovanje medplastne napetosti, kakovosti vmesnega sloja in razporeditve domen znotraj materiala. V kombinaciji z možnimi variacijami sestave tarč metoda omogoča rast epitaksialnih visokokakovostnih plasti brez napak ter s tem največje povečanje dielektrične trdnosti (DBS) in nadalje obnovljive gostote energije Ureco. Zmogljivost shranjevanja energije in druge fizikalne lastnosti bomo uravnavali tudi s številom vmesnih slojev, debeline plasti in kemijsko modulacijo v epitaksialnih večplastnih strukturah, ki bodo sestavljene iz izmeničnih tankih plasti različnih sestav PMN-xPT. Motivirani z nedavno nepričakovanim povečanjem piezoelektričnega koeficienta (do ~4000 pC/N) za PMN-PT volumske monokristale dopirane s Sm, bomo v predlaganem projektu prav tako naslovili vpliv strukturne heterogenosti na nano-nivoju v tankih plasteh PMN-xPT, dopiranih z elementi redkih zemelj ter ga kombinirali z načrtovanjem medplastne napetosti z namenom povečanja piezoelektričnega odziva materiala. Glede na naš nedavni napredek na področju atomsko kontrolirane sinteze oksidov na Si z uporabo PLD, bomo prav tako preučevali integracijo PMN-xPT s Si, kar nudi alternativno pot za integracijo piezoelektričnih oksidov s polprevodniki. Za korelacijo strukturnih in funkcionalnih lastnosti bomo vzorce analizirali z različnimi naprednimi karakterizacijskimi tehnikami, s kombinacijo metod, ki so občutljive na mehanske napetosti v kristalni rešetki, napake, elektronska stanja, kemijsko razporeditev in sestavo, z lokalnimi tehnikami za kartiranje električnih lastnosti in mehanskih napetosti. Dobljene rezultate bomo povezali z makroskopskimi dielektričnimi lastnostmi, lastnostmi za shranjevanje energije in piezoelektričnimi lastnostmi. Določene tanke plasti PMN-xPT bomo nadalje procesirali in integrirali v prototipne naprave ter validirali njihovo delovanje. Kot prvi bomo posebno pozornost namenili določanju prostorske elementarne analize tarč PMN-xPT in pripravljenih tankih plasti z uporabo kombinacije laserske ablacije in masne spektrometrije z induktivno sklopljeno plazmo (LA-ICP-MS). Verjamemo, da bodo ugotovitve predlagane študije vodile do preboja v proizvodnji naprav za shranjevanje energije in naprav MEMS s superiornimi zmogljivostmi.
