Projekti / Programi
01. januar 2009
- 31. december 2014
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| 1.08.00 |
Naravoslovje |
Varstvo okolja |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
nanostrukturni materiali, funkcionalno gradientni materiali, elektronska keramika, magnetni materiali, heterostrukture, nanotehnologije, spintronika, koloidno procesiranje, shranjevanje vodika, kemija in fizika trdnega stanja, strukturne napake, rast zrn, anizotropija, koercitivnost, električne in magnetne lastnosti, elektronska mikroskopija, elektronska mikroanaliza, modeliranje ab initio
Raziskovalci (42)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.742 |
Povzetek
Predlagani raziskovalni program vsebuje raziskave in razvoj modernih materialov, ki so uporabni v nanotehnologiji. Osnovan je na t.i. "bottom-up" pristopu in je usmerjen v krojenje materialov ter njihovih lastnosti z gradnjo iz elementov na atomarnem nivoju. Tehnološki potencial nanotehnologije izvira iz kompleksnosti materialov, ki je posledica njihove komplicirane kemijske strukture, zmanjšanih dimenzij (tanki filmi, nanožice) in onejenem številu gradnikov (nano klastri). Zato uspešen prehod na področje nanotehnologij zahteva povezavo v interdisciplinarne študije s področja znanosti o materialih, kemije in fizike.
Aktivnosti znotraj predlaganega programa obsegajo eksperimentale in teoretične usmerjene raziskave struktur, analizo kemijske sestave na atomarnem nivoju, meritve in izračune fizikalnih lastnosti ter pripravo nanostrukturnih materialov. Poudarek raziskav bo na t.i. nanostrukturnih elementih t.j. strukturnih in kemijskih elementih na nano nivoju z namenom karakterizacije meteriala - nanokristalitov, planarnih napak, amorfnih plasti, mejnih površin, segregatov,.. Glavni cilj programa je iskati povezavo med nanostrukturnimi elementi, strukturo materiala in posledično fizikalnimi lastnostmi le tega. Povdarek bo na naslednjih materialih: intermetalne zlitine redkih zemelj in elementov prehoda z aplikacijo v visokenergijskih trajnih magnetih in materialih za shranjevanje vodika, naravnih in sintetičnih mineralih (amorfni in nanokristalinični prahovi), keramičnih senzorjih, materialih za ekstremne pogoje, SiC, Si3N4, varistorjih (nano amorfne plasti v polikristalinični keramiki), magnetnih tankih filmih, kvazi kristalih, materialih za spintroniko, ZnO, perovskitih in funkiconalno gradientnih materialih. Končni cilj je doseči sposobnost kreiranja kovinskih in keramičnih materialov z odličnimi lastnostmi in sicer z izboljšanjem že obstoječih materialov in tehnologij ali pa z razvojem popolnoma novih materialov oziroma novih (nano)tehnologij.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave Programske skupine »Nanostrukturni materiali« so usmerjene v razvoj in študij tehnološko zanimivih materialov s posebnimi fizikalnimi lastnostmi. Vključujejo modeliranje, pripravo materialov ter preiskave strukture, kemijske sestave in fizikalnih lastnosti keramičnih in kovinskih materialov, intermetalnih zlitin in mineralov. Skupina razpolaga z vrhunsko raziskovalno opremo za pripravo vzorcev, za magnetne in električne meritve in elektronsko mikroskopijo. V okviru evropske mreže odličnosti Complex Metallic Alloys (NoE CMA) smo se poleg ostalih tematik na področju raziskav uspešno vključili v svetovni vrh tudi: i) na področju raziskav kvazikristalov na osnovi titana, ki so obetavni za shranjevanje vodika v stacionarnih aplikacijah, ii) na področju intermetalnih zlitin z magnetokaloričnim učinkom. Na področju intermetalnih zlitin redkih zemelj in elementov prehoda smo dosegli izjemne rezultate v okviru evropskega projekta ROMEO. Razložili smo mehanizem s katerim lahko povečamo koercitivno silo za 30%, ne da bi pri tem opazno znižali remanentno magnetizacijo. Osnovne raziskave v okviru Evropskega fuzijskega programa smo razširili s keramičnih kompozitov še na kompozite z volframom. Osnovne raziskave v okviru mednarodnega projekta Meddelcoat (6. OP, IP-SME) so nas pripeljale do ciljnih lastnosti prevlek na titanovih zlitinah za kostne vsadke. Druga vrste prevleke, namenjena hitrejšemu vraščanju, sestoji iz nanosa poroznega titana (pripravljen v švicarskem podjetju Alhenia), zapolnjenega z bioaktivnim steklom, ki smo ga sintetizirali po sol-gel postopku. Obe prevleki in postopka priprave smo patentno zaščitili. Pri študiju električnih lastnosti BaTiO3 nanopalčk smo poročali o vključevanju posameznih BaTiO3 nanopalčk v preprosta vezja. Električne meritve, opravljene na posameznih BaTiO3 nanopalčkah, so pokazale vrednosti upornosti primerljive z vrednostmi, ki so bile objavljene za BaTiO3, ki vsebuje kisikove vrzeli. Posamezne BaTiO3 nanopalčke smo integrirali v kompleksna vezja s funkcijo nanosenzorjev vlage. Na področju fotovoltaike smo sestavili in testirali DSSC sončne celice. Urejene, navpično orientirane TiO2 nanocevke, smo sintetizirali z anodno oksidacijo elektropolirane titanove folije. S spreminjanjem pogojev anodne oksidacije smo pripravili plasti TiO2 z nanocevkami različnih dimenzij. Tako pripravljene foto-aktivne plasti smo uporabili tako v upogljivih kot tudi v neupogljivih elektrokemijskih sončnih celicah. Preiskovali smo fosforescenčne materiale z izrazito podaljšano sposobnostjo fosforescence. V naši študiji smo se osredotočili na družino stroncij aluminatih faz (SA) dopirane z ioni Eu2+ in Dy3+. Pokazali smo, da dodatno dopiranje teh SA faz z borom bistveno podaljša fosforescenco od trajanja nekaj minut pa do več kot 8 ur. Da bi natančno preiskali kako se elektronska struktura SA faz spreminja z dodajanjem bora smo uporabili metodo spektroskopije na izgubo energije elektrona (EELS). Fino strukturo v EEL spektru smo kvalitativno interpretirali s pomočjo referenčnih faz in potrdili, da se bor v matrično strukturo vgrajuje na intersticijska strukturna mesta, ter je s kisikom trigonalno, BO3, koordiniran.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskovalni program je pomemben za razvoj Slovenije ker je primarno usmerjen k ohranjanju in izboljšanju kvalitete življenja. Z razvojem nadomestnih materialov in tehnologij za zamenjavo okolju neprijaznih elementov in postopkov prispevamo k čistejšemu in bolj zdravemu okolju. Na področju visokoenergijskih trajno magnetnih materialov smo udeleženi v štirih velikih evropskih projektih (dva koordiniramo) in preko partnerstva pomembno prispevamo k uspešni proizvodnji dveh slovenskih proizvajalcev magnetov, Kolektor Group in Magneti Ljubljana. Naša skupina sodeluje v projektih EUROFUSION (Horizon 2020), ki se je začel januarja 2014. Z zmanjševanjem dimenzij pričnejo površinsko pogojene lastnosti prevladovati, kar lahko izkoristimo na področju zaznavanja nizkih koncentracij agensov v okolju, hrani ali v telesu. Z raziskavami na področju medicinske uporabe nanodelcev s posebnimi lastnostmi za ciljan prenos zdravilnih učinkovin pomembno prispevamo k hitro rastočemu področju znanosti, ki je predvsem usmerjena v izboljšanje kvalitete življenja bolnikov z rakom. Izjemno hitro razvijajoče se področje znanosti je tudi področje biomaterialov in njihove uporabe v tkivnem inženirstvu, katerega cilj je obnova lastnega tkiva namesto zamenjave z implantati. Na tem področju smo aktivno vključeni v vrhunske raziskave preko evropske mreže COST NAMABIO. Razvijamo tudi druge nanostrukturne materiale za specifične tehnološke aplikacije. 1D nanostrukture za nanosenzorje za merjenje vlage, UV svetlobe in kisika; 2D nanostrukture za fotoanode v DSSC sončnih celicah in v fotokatalitskih (mikro)reaktorjih. Z vnosom 3D nanostruktur v osnovno strukturo termoelektričnih oksidnih materialov izboljšujemo faktor kvalitete termoelektričnih materialov. Funkcionalne lastnosti materialov na osnovi ZnO uspešno usmerjamo v smeri uporabe v energiji, izboljšave kvalitete okolja in življenja (uporaba v prednapetostnih zaščitah, spintroniki, za izdelavo termoelektrikov, za energijske mikro generatorje in senzorje, v fotovoltaiki in v optoelektroniki). Na tem področju ves čas zelo uspešno sodelujemo tudi pri prenosih v proizvodnjo s tovarnama Varsi in Iskra Zaščite. Programska skupina »Nanostrukturni materiali« je povezana v številne mednarodne raziskovalne mreže in tako vidno prispeva k prepoznavanju slovenske znanosti. Skupina je stalno povezana z domačo industrijo ter številnimi drugimi podjetji pri podpori razvojnega dela in proizvodnih procesov z analizami z elektronsko mikroskopijo. Skupina tvorno sodeluje pri izobraževanju dodiplomskih in podiplomskih študentov (mladih raziskovalcev), kar je izjemnega pomena za širitev strokovne in inženirske prakse. Člani programske skupine so aktivno vključeni v študijski program na več izobraževalnih ustanovah. K širjenju znanja skupina prispeva tudi s poljudnimi članki, prispevki na TV ter vodenimi ogledi laboratorijev. V zadnjem letu je sodelavka programske skupine zelo uspešno promovirala predstavitve znanosti in dela znanstvenikov preko vsakomesečnih dogodkov »Znanost na cesti, znanje in ideje na prepihu« http://www.znanostnacesti.si/. Ostali pomembni rezultati raziskav programske skupine za Slovenijo so navedeni in dokumentirani v točki: 7. Najpomembnejši družbeno-ekonomski relevantni dosežki programske skupine.
Avdiovizualni viri (1)
| št. |
Naslov (s povezavo na video) |
Dogodek |
Vir |
| 1. |
Nanostrukturni materiali |
Pro(mo)gram - predstavitveni filmi raziskovalnih programov |
Video predstavitev raziskovalnega programa
|
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
