Projekti / Programi
Sodobni anorganski materiali in nanotehnologije
01. januar 2022
- 31. december 2027
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| 2.09.00 |
Tehnika |
Elektronske komponente in tehnologije |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
| 2.10 |
Tehniške in tehnološke vede |
Nanotehnologija |
Znanost o materialih, nanotehnologije, sinteza, mikrostruktura, elektronika, pretvorba in ohranjanje energije, medicina, keramika, tanke plasti, nanodelci, reakcija v trdnem, hidrotermalna sinteza, pulzno lasersko nanašanje, integracija oksidov s silicijem, toplotna izolacija, protimikrobni materiali
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
24. april 2024;
A3 za obdobje
2018-2022
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
760 |
17.575 |
15.746 |
20,72 |
| Scopus |
790 |
19.194 |
17.229 |
21,81 |
Raziskovalci (31)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.724 |
Povzetek
Cilj raziskovalnega programa "Sodobni anorganski materiali in nanotehnologije" je raziskovati materiale z novimi funkcionalnimi značilnostmi, ki presegajo zadnje stanje tehničnega razvoja za uporabo v elektroniki, pretvorbi in ohranjanju energije ter medicini. Kontrola sinteze materialov na atomski in mikrostrukturni ravni bo osrednja dejavnost raziskovalnega programa, osnovana na temeljnemu razumevanju reakcijskih mehanizmov in procesnih parametrov ter s tem povezanih tehnologij. Učinkovita kontrola sinteze ima ključno vlogo pri pripravi keramike, tankih plasti in nanodelcev z želeno kemijsko sestavo, kristalno strukturo in mikrostrukturo, in bo omogočila načrtovanje intrinzičnih in ekstrinzičnih lastnosti materialov, s čimer bomo presegli ustaljene koncepte v znanosti o materialih. Za sintezo materialov z različno zahtevano dimenzionalnostjo bomo uporabili sintezo z reakcijo v trdnem, hidrotermialno sintezo in pulzno lasersko nanašanje. Za spremljanje poteka reakcij, kristalizacije materialov in faznih prehodov ter pridobivanje vpogleda v značilnosti materiala med njegovim funkcionalnim odzivom bomo uporabili napredne analitične metode, vključno z najsodobnejšo elektronsko mikroskopijo, rentgensko difrakcijo visoke ločljivosti in različnimi spektroskopskimi tehnikami, v izvedbi ex situ, in situ, in operando ter in vacuo. Predlagana raziskovalna metodologija predstavlja nov, kompleksen mejnik, ki bo omogočila pomemben preboj v razumevanju in razvoju funkcionalnih materialov. Osrednje raziskovalne teme, ki jih bomo obravnavali, vključujejo (i) funkcionalizacijo silicija s tankimi plastmi oksidov za elektroniko, (ii) razvoj materialov za fotoelektrokemično cepitev vode in napredne toplotno-izolacijske materiale v energetskih aplikacijah ter (iii) raziskave novih antimikrobnih materialov in biokompatibilnih piezoelektričnih slojev za regeneracijo tkiv v medicini. Predlagani program je usklajen z Raziskovalno in inovacijsko strategijo Slovenije 2021-2030, prihajajočim programom Obzorje Evropa in kohezijsko politiko EU. Opisane raziskovalne usmeritve so skladne tudi z Evropskim zelenim dogovorom, na podlagi našega razvoja okolju in človeku prijaznih izdelkov in tehnologij. Prizadevamo si za Družbo 5.0 ("zeleni, ustvarjalni, pametni"), na osnovi našega aktivnega sodelovanja pri dejavnostih nacionalne Strategije pametne specializacije, v okviru katere vodimo horizontalno omogočitveno mrežo Sodobne proizvodne metode za materiale in nanotehnologije, kot del partnerstva Tovarne prihodnosti. Naše raziskovalne dejavnosti so usmerjene v zagotavljanje pomembnih koristi za družbo, ki so poleg napredka v temeljnem znanju in izobraževalnem procesu, povezane tudi z gospodarskim razvojem (sodelovanje z industrijskimi partnerji), varstvom okolja (razvoj materialov za pridobivanje in varčevanje z energijo) in zdravjem ljudi (razvoj antimikrobnih materialov za zaščito pred COVID-19).
Pomen za razvoj znanosti
Razvoj naprednih funkcionalnih materialov je ključnega pomena pri prizadevanjih za zaščito našega okolja, povečanje kakovosti življenja in izboljšanje zdravja ljudi. Glavni cilji v okviru raziskovalnega programa sledijo temu vodilu preko razvoja novih in izboljšanih materialov za pretvorbo in shranjevanje energije, naprednih materialov za miniaturizacijo elektronskih naprav, materialov za shranjevane energije in novih nanomaterialov za biomedicinske aplikacije. Izkoriščanje različnih virov odvečne energije in njihova pretvorba v električno energijo je eden najpomembnejših ciljev v okviru trajnostnega razvoja in nizkoogljične družbe. K doseganju tega cilja bomo prispevali z razvojem naprednih piezoelektričnih nanomaterialov z visoko energijsko gostoto za izkoriščanje mehanske (vibracijske) energije iz številnih virov, ki so na voljo v urbanem in industrijskem okolju in ki jih bomo izdelali po naprednih postopkih na osnovi materialov brez svinca. Nadalje bomo preučevali sintezo heterostrukturiranih nanodelcev na osnovi materialov brez dodatka plemenitih kovin za učinkovito fotoelektrokemično in fotokatalitično cepitev vode, kar bo omogočilo zeleno proizvodnjo vodika iz obnovljive sončne energije. Preučevali bomo tudi termoelektrične materiale naslednje generacije za učinkovito izrabo odpadne toplote, ki bodo pripravljeni iz ekološko sprejemljivih surovin. V tem delu našega raziskovalnega dela se bomo še posebej osredotočili na fundamentalne izzive, kako izboljšati učinkovitost materialov za izkoriščanje energije. Naslednji cilj raziskovalnega programa je povezan z razvojem polprevodniških naprav naslednje generacije, ki temeljijo na nanometrskih tankih plasteh na osnovi kompleksnih oksidov, ki so integrirani na različne substrate, kot sta silicij in germanij. Pri tem bomo preučevali odnos med pojavi na nanometrskem nivoju, kot so relaksacija napetosti na kontaktu med materiali z različno kristalno strukturo, lokalno atomarno strukturo in kemijsko sestavo kontaktnih površin, nastanek defektov, kemijske nehomogenosti v tankih plasteh in druge parametre v povezavi s funkcionalnimi lastnostmi plasti. Pričakujemo, da bodo nova spoznanja prispevala k razvoju oksidne elektronike naslednje generacije, ki temelji na heterostrukturiranih materialih z izjemnimi lastnostmi in k nadaljnji miniaturizaciji elektronskih naprav prihodnosti ter njihovi uporabi v komercialnih napravah. Recikliranje odpadkov in kritičnih surovin spada v kontekst krožnega gospodarstva, ki je eden glavnih ciljev v okviru Evropskega zelenega dogovora. Navdihujoč primer, ki ga odlikuje kombinacija sinergijskih učinkov je ponovna uporaba odpadnega stekla (npr. odpadno steklo katodnih TV ekranov), ki smo ga predelali v toplotnoizolacijski produkt za večjo energetsko učinkovitost stavb. V okviru raziskovalnega programa bomo še naprej preučevali najbolj ekonomične in energetsko učinkovite pristope za proizvodnjo recikliranih izolacijskih materialov. Raziskave na tem področju so izrazito aplikativne, vendar so spoznanja, ki izhajajo iz temeljnih spoznanj osnova za proizvodnjo izdelkov z višjo dodano vrednostjo. Člani raziskovalne skupine sodelujejo tudi pri recikliranju elementov redkih zemelj (REE) in kobalta, ki spadajo v skupino kritičnih surovin iz izrabljenih magnetov na osnovi REE, kar je v splošnem eno ključnih raziskovalnih področij zaradi njihovih omejenih zalog ter velikega gospodarskega pomena. Načrtovanje organskih piezoelektričnih biomaterialov in inovativnih protimikrobnih tehnologij za biomedicinske aplikacije je kompleksna raziskovalna tematika, ki zahteva multidisciplinarni pristop. Razvoj protimikrobnih zdravil naslednje generacije, ki temeljijo na kombinaciji fizikalnih in biokemičnih dražljajev bo potekal po edinstvenem pristopu, ki vključuje principe epitaksialne rasti. Ta pristop presega najsodobnejše metode za sintezo tovrstnih materialov in je bistvenega pomena za doseganje visokoučinkovite strategije zdravljenja in regeneracije. Pričakujemo, da bo ta del raziskav programa pomembno prispeval k splošnemu zdravju in blaginji. Cilji raziskovalnega programa so postavljeni tako, da se soočajo z najpomembnejšimi izzivi sodobne družbe. Dosegli jih bomo z uporabo najsodobnejših tehnik za sintezo in karakterizacijo naprednih materialov ter z multidisciplinarnim pristopom, kar zagotavlja objave v uglednih znanstvenih revijah z visokimi dejavniki vpliva. Širjenje znanja bo sledilo viziji odprte znanosti in pričakujemo, da bodo nove in izvirne znanstvene ugotovitve raziskovalne skupine še naprej priznane na mednarodnem nivoju.
Pomen za razvoj Slovenije
Glavni cilji raziskovalnega programa, ki se nanašajo na razvoj in napredek Slovenije, so promocija znanstvenih dosežkov na mednarodnem nivoju, sodelovanje s priznanimi raziskovalnimi skupinami na nacionalni in svetovni ravni, širjenje in prenos znanja na mlajše generacije, prispevek k razvoju slovenskega gospodarstva preko intenzivnega sodelovanja s podjetji, prispevek k izboljšanju ekološkega odtisa, javnega zdravja in dobrega počutja na splošno. Temeljne raziskave z jasnimi aplikativnimi cilji so ena najpomembnejših značilnosti raziskovalnega programa, močna kombinacija strokovnega znanja s področja sinteze in karakterizacije funkcionalnih materialov pa je ena glavnih prednosti multidisciplinarne raziskovalne skupine. Izmenjava strokovnega znanja in izkušenj, ki je bistvena za napredek na vseh raziskovalnih področjih, se izkazuje v intenzivnem sodelovanju s priznanimi slovenskimi in mednarodnimi znanstveniki. Skupne dosežke raziskovalnega dela redno objavljamo v znanstvenih revijah z visokim faktorjem vpliva in s tem prispevamo k promociji znanja. Pomemben del naših dejavnosti je usmerjen v prenos temeljnih znanstvenih spoznanj v realni sektor preko krepitve sodelovanja med raziskovalnimi institucijami in industrijskimi partnerji v Sloveniji in v mednarodnem prostoru. Aktivno sodelujemo v Strateškem raziskovalno-inovacijskem partnerstvu Tovarne prihodnosti (SRIP TOP), v okviru katere vodimo horizontalno omogočitveno mrežo Sodobne proizvodne metode za materiale in nanotehnologije. Povezava zagotavlja razvoj ključnih tehnologij za prihodnje tovarne v okviru SRIP FoF in podaja smernice za nadaljnji strateški razvoj in inovacijska partnerstva v Sloveniji. Redno organiziramo delavnice za industrijo, ki prispevajo k tesnejšemu sodelovanju med raziskovalnimi inštituti, univerzami in industrijo. Naša prizadevanja, usmerjena v okrepitev sodelovanja med Institutom "Jožef Stefan" z drugimi raziskovalnimi organizacijami in industrijskimi partnerji, so bistvena za uspeh na mednarodnih projektnih razpisih, prijavo patentov in razvoj novih izdelkov in storitev. S slovenskimi podjetji sodelujemo pri različnih raziskovalnih in razvojnih projektih, katerih glavni cilj je povečati kakovost njihovih izdelkov in tehnoloških procesov ter prispevati k njihovi konkurenčnosti na mednarodnem trgu. Naše dolgoletno sodelovanje s podjetjem Knauf Insulation d.o.o. na področju razvoja materialov z izboljšanimi izolacijskimi lastnostmi je le ena od zgodb o uspehu. Naši domači industrijski partnerji so še TAB d.d. (proizvajalec visokokakovostnih baterij), Impol 2000 d.d. (aluminijeve zlitine), Steklarna Hrastnik d.o.o. in Steklarna Rogaška d.o.o. (oba proizvajalca steklenih izdelkov), Lek d.d. (farmacevtski izdelki) in drugi. Poleg tega smo aktivni na mednarodnem trgu, kjer intenzivno sodelujemo s podjetjem Urban Mining Company iz Austina (TX) v ZDA pri razvoju magnetov, pripravljenih iz izrabljenih in recikliranih izdelkov, ki vsebujejo elemente redkih zemelj, ki spadajo v skupino kritičnih surovin. Naše raziskovalno delo na področju antimikrobnih in antivirusnih nanomaterialov in tehnologij pa predstavlja pomemben prispevek k javnemu zdravju. Veliko pozornost namenjamo izobraževanju diplomskih, magistrskih in doktorskih študentov, ki predstavljajo naslednjo generacijo raziskovalcev. Za razvoj odlične znanosti je še posebej pomembno sodelovanje z uglednimi nacionalnimi in mednarodnimi raziskovalnimi inštituti in fakultetami. Mednarodno znanstveno mrežo širimo tako, da v ekipo vabimo tuje znanstvenike, od doktorskih študentov, podoktorskih študentov do uglednih znanstvenikov, ki s svojim znanjem in izkušnjami pomembno prispevajo k napredku naše skupine. Člani skupine so aktivno vključeni v pedagoške procese na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo, Visoki šoli za polimerne tehnologije v Slovenj Gradcu in na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana. Ostale dejavnosti raziskovalne skupine so povezane s promocijo slovenskega znanja v mednarodnem prostoru in vključujejo predstavitve rezultatov na mednarodnih znanstvenih kongresih ter organizacijo srečanj in konferenc v Sloveniji. Poleg tega redno sodelujemo pri promociji znanosti zainteresirani javnosti v okviru prireditev Dnevi Jožefa Stefana ter z intervjuji za medije.
