Projekti / Programi
Sinteza in struktura materialov in tankih prevlek
01. januar 1999
- 31. december 2003
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| 2.03.00 |
Tehnika |
Energetika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P401 |
Naravoslovno-matematične vede |
Elektrokemija |
| P351 |
Naravoslovno-matematične vede |
Strukturna kemija |
| T151 |
Tehnološke vede |
Optični materiali |
| T155 |
Tehnološke vede |
Prevleke in površinska obdelava |
| T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
Sol-gel sinteza, spektroelektro kemija, tanke prevleke, interkalacijske spojine, ionski prevodniki, elektrokromizem, senzorji, baterije, solarni absorberji.
Raziskovalci (8)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
20.972 |
Povzetek
Program obsega pripravo iono-optičnih naprav in zanje potrebnih materialov ter tankih prevlek: elektrokromnih, gasokromnih, termokromnih in fotokromnih prikazalnikov (switchable "smart" systems) ter naprav za fototermično (solarni absorberji) in fotonapetostno (Graetzlove celice) pretvorbo sončnega sevanja, tankoplastnih plinskih senzorjev ter elektrolitov za baterije ter gorivne celice. Materiale potrebne za izdelavo navedenih naprav bomo pripravili po sol-gel postopkih. Ti bodo omogočili pripravo večkomponentnih oksidnih keramik v obliki tankih filmov in prevlek z vnaprej določeno homogenostjo, poroznostjo ter interkalacijskimi in iono-optičnimi lastnostmi. Za elektrokromne sklope in baterije bomo razvili materiale s plastovito ali špinelno strukturu na osnovi litiiranih oksidov Co, Ni, Mn ter Sn v kombinaciji z drugimi elementi, z namenom doseči visoko ionsko kapaciteto, elektrokemijsko stabilnost ter ustreno modulacijo njihovih optičnih lastnosti. Poseben izziv predstavlja hibridni sistem elekrokromnega prikazalnika krmiljenega s fotonapetostno celico Graetzlovega tipa. Razvijali bomo nove materiale z iono-optičnimi lastnostmi: ionske prevodnike (ormolytes) za elektrokromne sklope in baterije ter organske-anorganske hibridne materiale, ki hkrati kažejo več lastnosti, npr. dimenzijsko stabilnost in visoko ionsko prevodnost ter prepustnost za sevanje sonca, obarvanje v stiku z vodikom in drugimi plini (CHx, CO, itd.) (senzorji ter gasokromni) fotokromizem ter imajo zadosti visoko ionsko prevodnost ter hidrofobnost, da se lahko uporabljajo v gorivnih celicah. Za solarne absorberje bomo po sol-gel postopkih razvili nove prevleke, ki selektivno absorbirajo sončne sevanje ter emitirajo toplotno sevanje in ki bodo po svoji učinkovitosti fototermične pretvorbe tekmovale s prevlekami pripravljenimi z vakuumskim naprševanjem. Osnovni problem je v sintezi prevlek s čim večjo absorbcijo za sončno sevanje, majhnimi refleksijskimi izgubami, kompaktnosto ter odličnim oprijemom na različne kovinske substrate. Zaščita kovinske podlaga je dodaten problem, ki ga je treba rešiti zaradi zahtevane trajnosti solarnega absorberja.Pri raziskavah interkalacijskih spojin sodi med glavne probleme opredelitev elektronskih absorbcij (polaroni), ki prispe-vajo k optični modulaciji filmov, kakšna je vloga strukture, dopantov ter drugih elementov v strukturi na intenziteto in barvo absorbcije, do kakšnih interakcij pride med interkalirani ioni in strukturo in na kak način poznavanje vseh omenjenih parametrov omogoča napovedati elektrokemijsko stabilnost filmov oz. sistemov. Večplastnost problema zahteva uporabo vrste analitskih pristopov (XRD, XPS, XFAS, IR, Raman, NMR, itd.), vendar bo težišče na uporabi in razvoju in-situ IR, Raman in UV-VIS spektroelektrokemijskih tehnikah.
Pomen za razvoj znanosti
Razvoj sistemov s spremenljivo optično modulacijo, ionskih prevodnikov, interkalacijskih spojin, tankih prevlek za solarne absorberje ter fotonapetostnih celic ima nesporno veliko vlogo pri racionalni rabi energije ter pri uporabi novih energetskih virov. Omogočajo znižanje emisije CO2 (sončni zbiralniki, gorivne celice, baterije) in izboljšajo bivalne pogoje v zgradbi (elektrokromni in gasokromni sistemi, plinski senzorji). Ionska prevodnost litijevih polimernih elektrolitov s primerno dimenzijsko stabilnostjo ni večja od 10-4 S/cm, analogni protonski prevodniki imajo sicer zadostno ionsko prevodnost, vendar le pri določeni vsebnosti vode in njihova elektrokemijska stabilnost ne zadostuje za uporabo v elektrokromih sistemih. Razvoj gre v smeri "all solid state" ionskih prevodnikov, ki naj bi nadomestili viskozne ali tekoče (Li+ ali H+) polimerne elektrolite. Interkalacijske spojine, ki so potrebne za pripravo katod ali anod v rocking-chair baterijah še vedno nimajo zadostne kapacitete niti elektrokemične stabilnosti. Nove spojine predvsem na bazi kositra obetajo največ in bodo vsekakor v naslednjih letih deležne velike pozornosti in obsežnih raziskav. Med glavne probleme, ki jih je potrebno reševati sproti, sodijo raziskave strukturnih sprememb, do katerih pride pri nabijanju in praznenju prevlek z interkalacijskimi lastnostmi. Te že vrsto let rešujemo s pomočjo spektroelektro-kemijskih pristopov, ki smo jih razvili v laboratoriju.
Pomen za razvoj Slovenije
V Sloveniji smo bili med prvimi, ki smo v začetku 90-tih pričeli z uporabo sol-gel postopkov za pripravo tankih prevlek, najprej za elektrokromne materiale, sledili so organski-anorganski hibridni materiali z ionsko prevodnostjo, v bodoče pa bomo raziskave razširili še na večkomponentne oksidne filme za solarne absorberje, antirefleksne prevleke, na zaščitne prevleke za kovine in Graetzlove celice. Razvoj slednjih bo služil za pripravo hibridnih elektrokromih in fotonapetotnih sistemov. Največji praktični pomen bo imel razvoj po sol-gel postopkih narejenih selektivnih prevlek za sončne absorberje, ki smo jih do sedaj pripravljali na osnovi pigmentnih disperzij z organskimi vezivi. Novi tržni trendi pa zahtevajo absorberje z višjim izkoristkom, kar se da dobiti le s pomočjo anorganskih tankih prevlek pripravljenih po sol-gel postopkih. Podporo imamo pri IMP-Klimatu in Heliosu, ki sta vključena v proizvodnjo solarnih absorberjev in celotnih kolektorjev. Razvoj sol-gel postopkov je perspektiven, ker glede na svojo večstranskost omogoča povezave z industrijo (ISKRA - baterije, priprava senzorjev, itd.).
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
