Projekti / Programi
Novi nanostrukturni materiali z ogromnim elektromehanskim odzivom, mehko elastičnostjo in nenavadnimi fizikalnimi lastnostmi
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.01 |
Naravoslovje |
Fizika |
Fizika kondenzirane materije |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P250 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: struktura, termične in mehanske lastnosti, kristalografija, fazno ravnovesje |
| P260 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: elektronska struktura, električne, magnetne in optične lstnosti, supraprevodniki, magnetna rezonanca, relaksacija, spektroskopija |
| T152 |
Tehnološke vede |
Kompozitni materiali |
| T390 |
Tehnološke vede |
Polimerska tehnologija, biopolimeri |
nanostrukturne snovi, nanožice, nanocevke, elastomeri, relaksorji, konfinirani sistemi, kalorimetrija, dielektrična spektroskopija, transportne lastnosti
Raziskovalci (7)
Organizacije (3)
Povzetek
Študirati nameravamo vpliv kritičnih fluktuacij v bližini kritične točke tipa tekočina-para in morfotropne fazne meje na ogromen elektromehanski odziv anorganskih in organskih relaksorskih feroelektrikov. Te snovi so zaradi izjemno velikih vrednosti dielektrične, piezoelektrične in elektrostrikcijske konstante zelo pomembni za aplikacijo pri razvoju novih senzorjev, aktuatorjev in spominskih elementov. Pomembnost raziskav na tem področju v zadnjih nekaj letih priča več kot 600 objav v mednarodni literaturi v letu 2005. Naše raziskave v okviru ARRS projekta, objavljene v najuglednejši reviji s področja multidisciplinarnih znanosti Nature v letu 2006, so pokazale, da je ogromen elektromehanski odziv v teh sistemih bolj povezan z obstojem linije kritičnih točk kot pa z morfotropno mejo. S pomočjo kalorimetrije visoke ločljivosti, dielektrične spektroskopije, meritev piezoelektričnega koeficienta in polarizacijske mikroskopije bomo študirali vpliv kritičnih fluktuacij na rotacije polarizacije preko vmesnih monoklinskih stanj v bližini morfotropne meje na različnih relaksorskih feroelektrikih. Poskušali bomo pokazati naravo kritičnosti in njenega vpliva na ogromen elektromehanski odziv.
Tekočekristalni elastomeri privlačijo zelo veliko pozornost v zadnjem času zaradi pojava tako imenovane mehke elastičnosti, ki izvira iz sklopitve med spontanim orientacijskim redom in elastičnimi lastnostmi polimerne mreže in ki ne zahteva veliko energije za zelo velike spremembe v dimenzijah elestomerja. Ta pojav, postavlja te snovi med aplikativno zelo pomembne nove materiale, ki bodo igrali pomembno vlogo pri izgradnji senzorjev in aktuatorjev bodočnosti, kot so naprimer umetne mišice tako v makro kot v nanostrojih. Z meritvami toplotne kapacitete in entalpije na tekočekristalnih elastomernih sistemih z glavnimi verigami in smektičnih elastomerih nameravamo študirati ureditvene procese, ki so direktno povezani s pojavom mehke elestičnosti. Te meritve bodo dale več informacij o načinu faznega urejanja in o vplivu, ki jo pri tem imajo konformacijske spremembe v polimerni mreži. Poskušali bomo ugotoviti ali v teh novih elastomernih sistemih, ki vzbujajo precej pozornosti v zadnjem času, obstaja kritična točka. Ta informacija je zelo pomembna pri bodočem načrtovanju in pripravi vzorcev s točno določenimi termomehanskimi lastnostmi.
S pomočjo kalorimetričnih in mikroskopskih tehnik visoke ločljivosti, dielektrične spektroskopije in sipanja Röntgenskih žarkov nameravamo tudi študirati termodinamske in strukturne lastnosti materialov z nanostrukturnimi tekočekristalnimi fazami, kot so ograjeni smektični sistemi in ograjeni sistemi z modrimi fazami, ter koloidni sistemi z novimi fazami, kot je transparentna nematska faza. Eksperimentalne meritve bomo podprli s teoretičnim modeliranjem in numeričnimi simulacijami. Raziskave na zgoraj omenjenih kompleksnih materialih vzbujajo po svetu veliko zanimanje s stališča razvoja novih naprednih materialov, njihove tehnološke aplikacije, predvsem kot novih optičnih elemetov in tako napredka industrijskega razvoja.
Študirati nameravamo električne transportne, dielektrične lastnosti, samoorganizacijo in krmiljene vzorcev organskih in anorganskih nanožic in cevk. Nanomateriali, ki oponašajo določene funkcije nanostrojev in novi optični in aktuatorski materiali so v zadnjem destletju pritegnili izredno pozornost tako bazičnih kakor aplikativnih raziskav, ker njihova aplikacija sega praktično na vsa področja človekovega delovanja, s posebnim poudarkom na uporabi v medicinske namene in zaradi svoje potencialne uporabe v nanoračunalnikih in nanostrojih.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave predlagane v projektu, nova spoznanja o ogromnem elektromehanskem odzivu feroelektričnih relaksorjev, obstoj kritične točke v tekočekristalnih elastomerjih, transportnih mehanizmih električnega naboja nanomaterialov, vpliva strukturnega nereda na termodinamske lastnosti konfiniranih sistemov lahko poleg razvoja našega temeljnega znanstvenega področja tudi potencialno veliko prispevajo k novim znanstvenim spoznanjem, razumevanju osnovnih znanstvenih zakonov, razvoju aplikativnega znanja in novih tehnologij ter razvoju novih naprednih materialov z izboljšanimi lastnostmi.
Ugotovitev, da ima piezoelektrični tenzor perovskitnih relaksorjev največje vrednosti v bližini kritične točke pridobljena v okviru projekta je zelo pomembna za razumevanje pojavov v piezoelektričnih relaksorskih feroelektrikih, ki so zaradi velike dielektrične konstante, polarizacije, elektromehaničnega in elektrokaloričnega pojava zelo zanimivi za vrsto aplikacij, od novih boljših kondenzatorjev, piezoelektričnih sezorjev in aktuatorjev, izboljšanih izvorov ultrazvoka in dielektričnih hladilnih elementov.
Spoznanje, da je mogoče kontrolirati tip termoemehanskega pojava preko treh fizikalnih in kemijskih parametrov v tekočekristalnih elastomerih je velikega pomena pri proizvodnji novih sistemov s točno določenim tipom termomehanskega pojava in tudi za razumevanje kritičnega obnašanja teh sistemov, ki do sedaj ni bilo raziskano.
Ugotovitev, da je mogoče razširiti temperaturno območje BPIII faze za fakor 20, je naletelo na velik odmev v znanstvenih in aplikativnih krogih saj so modre faze zelo pomebne pri razvoju novih zaslonov in optičnih modulatorjev.
Odkrili smo tudi nov razred spin amplitudno moduliranih multiferoikov ter nov fazni prehod pri nizkih temperaturah v Fe-Cu zlitinah, ki dosedaj niso bili znani.
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati predlaganega projekta so zelo pomembni za potencialne aplikacije, (kar je tudi razvidno iz mnogih publikacij projektne skupine v mednarodnih aplikativnih revijah), ker so pomembni pri razvoju novih naprednih materialov z izboljšanimi transportnimi, elektromehanskimi, termomeehanskimi in dielektričnimi lastnostmi, nekateri med njimi razviti na Institutu J. Stefan in Univerzi v Ljubljani. To je posebej pomembno za razvoj novih detektorjev in aktuatorjev na bazi teh novih materialov. Raziskave znotraj tega projekta bodo posbej pomagale pri razvoju novih kompozitnih relaksorskih feroelektrikov in detektorjev ter aktuatorjev na bazi keramike v sodelovanju z odsekom za kemijo na Institutu J. Stefan ter razvoju fizikalnih modelov v sodelovanju z odsekom za teorijsko fiziko na IJS in Univerzama v Ljubljani in Mariboru. Projekt je tudi velikega pomena za usposabljanje novih mladih raziskovalcev.
Pridobitev novih praktičnih znanj in informacij ter novih znanstvenih spoznanj omogoča večjo usposobljenost raziskovalno-razvojnega osebja in ohranjanje visokega mednarodnega znanstvenega nivoja. Raziskave in izboljšanje lastnosti novih materialov vodijo do dviga tehnološke ravni. Razumevanje fizikalnih lastnosti novih materialov vodi do hitrejšega uvajanje in izboljšava teh materialov v industrijo, kar pripelje do znižanja stroškov proizvodnje na enoto izdelka, s tem do večje konkurenčne sposobnosti, povečanja dobička in izboljšanja kvalitete življenja. Kvalitetno znanstveno raziskovalno delo pripomore k razvoju visokošolskega izobraževanja (dodiplomski in podiplomski študij). Kvalitetni znanstveni dosežki, ki imajo mednarodni odziv povečujejo mednarodni ugled države in izboljšujejo nacionalni znanstveni razvoj.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
