Projekti / Programi
Multifunkcijski materiali in naprave: od kvantnega do makro nivoja
01. januar 2022
- 31. december 2027
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.09.00 |
Tehnika |
Elektronske komponente in tehnologije |
|
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.02 |
Tehniške in tehnološke vede |
Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
Multifunkcijski materiali, kvantni materiali, feroiki, kaloriki, supeprevodniki, naprave, shranjevanje energije, zbiranje energije, pretvorba energije, senzorji, MEMS
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
21. marec 2023;
A3 za obdobje 2017-2021
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
537 |
10.583 |
8.896 |
16,57 |
| Scopus |
578 |
11.523 |
9.597 |
16,6 |
Raziskovalci (29)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
85.565 |
Povzetek
Poslanstvo raziskovalnega programa "Multifunkcijski materiali in naprave: od kvantnega do makro nivoja" je pridobivanje, uporaba in prenos znanja na izbranih področjih funkcijskih materialov in procesov, z uporabo v energetiki, elektroniki in spintroniki. Raziskovali bomo sintezo, pripravo in oblikovanje, lastnosti in uporabo kompleksnih materialov in struktur ter osnove procesov in tehnologij, pomembnih za izdelavo izbranih demonstratorskih naprav. V okviru inovativnega oblikovanja materialov bo naš poudarek na raziskavah polikristaliničnih (keramičnih) feroikov, večinoma gre za okolju prijazne materiale brez svinca: relaksorskih feroelektrikov, antiferoelektrikov, multiferoikov, kot tudi organskih feroelektrikov. Z nizkotemperaturnimi metodami priprave, kot sta nanašanje trdnih delcev v curku aerosola ali hladno sintranje, bomo lahko ustvarili inovativne kombinacije sicer nezdružljivih materialov, kar bo predvidoma vodilo do močno izboljšanih funkcijskih lastnosti. Prizadevali si bomo razumeti izbrane lastnosti, kot so velika piezoelektrična aktivnost, velika dielektrična konstanta ali nizke dielektrične izgube. Z najmodernejšo analitsko mikroskopijo z in situ nosilci, ki omogočajo segrevanje/hlajenjem/spremembo električnega polja, bomo lahko spremljali dinamične strukturne spremembe od piko- do mikrometrskega nivoja. Vpogled v makroskopsko obnašanje teh materialov nam bodo omogočile elektro-termo-mehanske meritve. Naše raziskave bomo razširili na kvantne materiale, kot so frustrirani magneti in visokotemperaturni superprevodniki. Za sintezo novih spojin, ki bodo izkazovale magnetno frustracijo ali superprevodnost bomo uporabiti napredne sintezne pristope pri ekstremnih pogojih tlaka in/ali temperature. Razumevanje temeljnih osnov procesov in tehnologij bo prispevalo k izboljšani učinkovitosti izbranih demonstratorskih naprav. V okviru raziskav o kaloričnem hlajenju se bomo osredotočili na kontrolo toplotnega prenosa v hladilnih elementih na osnovi kompozitov keramika-polimer. Feroelektrične plasti na upogljivih podlagah bodo aktivni del elementov za piezoelektrično shranjevanje energije. Nadaljevali bomo z dejavnostmi na 3D keramičnih strukturah, ki temeljijo na uporabi tehnologije LTCC (keramika z nizko temperaturo žganja). Oblikovali in izdelali bomo večsenzorske fluidne sisteme, senzorje tlaka in integrirane elektrokemijske senzorje za zaznavanje onesnažil v okolju. Prizadevamo si biti odlična raziskovalna skupina na področju večnamenskih materialov in naprav, ki sodeluje s skupinami iz dopolnilnih znanstvenih in inženirskih področij tako v Sloveniji kot po vsem svetu. Pričakujemo, da bodo naši rezultati prispevali k razvoju znanosti na našem področju. Poleg tega bomo še naprej delovali kot učinkovita povezava med akademsko in industrijo ter bomo dejavni v izobraževanju tako na dodiplomski kot na podiplomski ravni.
Pomen za razvoj znanosti
Poslanstvo raziskovalnega programa Multifunkcijski materiali in naprave: od kvantnega do makro nivoja je pridobivanje, uporaba in prenos znanja na izbranih področjih funkcijskih materialov in procesov, z uporabo v elektroniki, energetiki in spintroniki. Na vrhu klasičnih zahtev na področju elektronike so miniaturizacija, učinkovitost, zanesljivost, manjša poraba energije. Naraščajoča kompleksnost elektronskih komponent in njihovo vključevanje v mikrosisteme in naprave narekujeta uporabo multifunkcijskih, okolju prijaznih materialov ter procese, ki omogočajo njihovo integracijo. To se odraža v iskanju materialov z odličnimi in stabilnimi funkcijskimi lastnostmi. Raziskujemo sintezo, pripravo in oblikovanje, lastnosti in uporabo multifunkcijskih materialov in struktur ter osnove procesov in tehnologij za izdelavo izbranih demonstratorskih naprav. Naš raziskovalni program prispeva k razvoju znanosti na področjih oblikovanja in priprave multifunkcijskih materialov, kot tudi pri integraciji materialov in napravah. To lahko dosežemo z napredno karakterizacijo od piko- do makro-nivoja, modeliranjem in oceno delovanja. Program je interdisciplinaren, vključuje kemijo materialov in fiziko materialov, modeliranje, elektrotehniko in strojništvo. Naš namen je raziskati, razumeti in uporabiti povezavo med oblikovanjem materialov, postopki priprave in strukturnimi ter funkcijskimi lastnostmi v širokem razponu velikostnih razredov, kar predstavlja naš prispevek k znanosti o materialih. Poleg tega predstavlja povezavo med oblikovanjem materialov in njihovo integracijo. V sklopu oblikovanja in priprave multifunkcijskih materialov se osredotočamo na inovativne materiale ali materiale z izboljšanimi lastnostmi. Na področju polikristaliničnih feroelektričnih, relaksorsko- feroelektričnih, kaloričnih in antiferoelektričnih perovskitnih oksidov si prizadevamo pojasniti in nadzorovati zapleteno povezavo med podrobnostmi mikrostrukture (na nm- ali pod nm-skali), odvisne tako od kemijske sestave kot tudi od priprave, in njihovega funkcijskega odziva. V organskih feroelektrikih raziskujemo sestave na morfotropni fazni meji. Kot originalen prispevek znanosti ustvarjamo kompozite iz materialov, ki bi bili pri običajnih visokotemperaturnih pogojih priprave nezdružljivi z nizkotemperaturnimi metodami priprave - nanašanje trdnih delcev v curku aerosola in hladnim sintranjem, ki smo jih nedavno uvedli v našem ULTRACOOL laboratoriju. Z najmodernejšo elektronsko mikroskopijo in uporabo nosilcev, ki omogočajo in-situ raziskave s spremembo temperature, električnega polja raziskujemo dinamične strukturne spremembe v materialih od piko- do mikrometrske lestvice. Te analize so podprte z uporabo mikroskopa na atomsko silo, opremljenega z moduli za merjenje piezo odziva, prevodnosti, elektrostatske in magnetne sile. Z makroskopskimi elektro-termo-mehanskimi meritvami prispevamo k razumevanju celotnega funkcijskega odziva materialov. S kombinacijo omenjenih metod lahko povežemo strukturo materialov z njihovimi funkcijskimi lastnostmi. Raziskave širimo na področje kvantnih materialov, kot so frustrirani magneti in visokotemperaturni superprevodniki tako v poli- kot mono kristalni obliki. Za sintezo novih spojin, ki izkazujejo magnetno frustracijo ali superprevodnost uporabljamo inovativne pristope pri ekstremnih pogojih tlaka in/ali temperature. Na področju kaloričnega hlajenja se osredotočamo na razvoj prožnih elektrokaloričnih hladilnih elementov in kontrolo prenosa toplote. Z nizkotemperaturnimi metodami priprave oblikujemo feroelektrične plasti na prožnih podlagah kot aktivne elemente za piezoelektrično shranjevanje energije. Raziskave integriranih senzorjev, pripravljenih s tehnologijo LTCC (keramika z nizko temperaturo žganja), vključujejo več-senzorske mikrofluidne sisteme, senzorje tlaka in elektrokemijske senzorje za zaznavanje onesnažil v hrani in okolju.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskovalni program Multifunkcijski materiali in naprave: od kvantnega do makro nivoja je iz več razlogov pomemben za socialno-gospodarski in kulturni razvoj Slovenije. Skupina je vodilna v Sloveniji na področju osnovnih in uporabnih raziskav keramičnih materialov za elektronske komponente in keramične mikrosisteme (cer-MEMS), kar ji omogoča sodelovanje s številnimi slovenskimi podjetji. Omeniti je treba več kot deset let dolgo sodelovanje s podjetjem KEKO Oprema, Žužemberk. Da bi izboljšali sodelovanje in omogočili prenos tehnologij, je raziskovalec iz tega podjetja tudi član raziskovalne skupine. Razvoj materialov in tehnologij za izdelavo integriranih keramičnih tlačnih senzorjev, ki temelji na tehnologiji nizkotemperaturnega (LTCC) žganja, izpostavljamo kot odličen rezultat sodelovanja s podjetjem KEKO Oprema in Centrom odličnosti NAMASTE. Nekateri izdelki so blizu komercialne uporabe na trgu, odzivi s trga odpirajo nove izzive in dodatne cilje za nadaljnje raziskovalno delo. Leta 2020 se je v okviru evropske pobude Key Enabling Technologies for Clean Production KET4CP, okrepilo sodelovanje raziskovalne skupine s slovenskimi podjetji. Pridobili smo projekte s podjetji Stelem, KEKO Oprema in RC eNeM. Skupina aktivno sodeluje v Tovarnah prihodnosti Strateškega partnerstva za raziskave in inovacije (SRIP) v okviru fokusnih področij materialov in sodobnih tehnologij za materiale ter naprednih senzorjev. Raziskovalna skupina bo, podobno kot v prejšnjem obdobju, pozorna na pozitivne socialno-ekonomske vplive svojega dela. Nadaljevalo se bo predvsem sodelovanje z industrijo na področju elektronike in energetike, ki je eden najpomembnejših industrijskih segmentov v Sloveniji. Obsegalo bo: (i) vključitev raziskovalcev in strokovnjakov ali potencialnih študentov iz industrije v raziskovalno skupino; (ii) širjenje znanja kot stalnega procesa, ki temelji na svetovanju, strokovnem znanju, izobraževanju in izmenjavi strokovnjakov; (iii) projekti in storitve; (iv) sodelovanje pri skupnih projektih. Pomembno je tudi povezovanje z drugimi raziskovalnimi in razvojnimi skupinami iz dopolnilnih področij, kot je strojništvo, ne le za pridobivanje kritične mase na izbranih področjih, ampak tudi za učinkovitejšo uporabo drage raziskovalne infrastrukture. Visoka raven doseženih raziskovalnih ciljev v prejšnjem obdobju je povezana tudi z intenzivnim sodelovanjem z drugimi skupinami za raziskave in razvoj. Šest članov raziskovalne skupine je profesorjev na Mednarodni podiplomski šoli Jožef Stefan (MPŠ) in sodeluje v izobraževalnem procesu. Poleg doktorskih študentov v okviru programa Mladi raziskovalci so v skupino vključeni tudi magistrski študenti tako iz MPŠ kot Univerze v Ljubljani. V zadnjem obdobju financiranja (2015 -20) je 15 doktorandov uspešno končalo izobraževanje in se zaposlilo v različnih sektorjih gospodarstva. Štirje so zaposleni v R/D oddelkih v podjetjih v Sloveniji, dva pa v Avstriji. Člani skupine so aktivni člani strokovnih združenj in združenj v Sloveniji, Evropi in po vsem svetu ter sodelujejo pri organizaciji različnih znanstvenih ali strokovnih konferenc, ali delavnic. Raziskovalna skupina je aktivna v Društvu za mikroelektroniko, elektronske komponente in materiale, MIDEM. Leta 2020 je bila za predsednico društva MIDEM izvoljena vodja raziskovalnega programa. Dva sodelavca sta pridružena urednika slovenskih strokovnih revij Informacije MIDEM in Acta Chimica Slovenica, trije drugi sodelavci pa uredniki ali člani uredniških odborov petih mednarodnih revij. V predhodnem obdobju je raziskovalna skupina organizirala mednarodno konferenco PIEZO: Elektro keramika za končne uporabnike z močno udeležbo industrijskih partnerjev (Maribor, 2015) in dve mednarodni konferenci MIDEM (Ljubljana 2017, 2018). V naslednjem obdobju bomo organizirali vsaj eno konferenco MIDEM ter skupaj s kolegi iz Materials Center Leoben, Avstrija, International Symposium on Applications of Ferroelectrics ISAF 2025. Takšni dogodki bodo odlična priložnost za kolege iz akademske in industrijske sfere za izmenjavo idej in dobro izhodišče za prihodnja sodelovanja.
