Projekti / Programi
Elektronska keramika, nano-, 2D in 3D strukture
01. januar 2009
- 31. december 2014
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.09.00 |
Tehnika |
Elektronske komponente in tehnologije |
|
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T153 |
Tehnološke vede |
Keramični materiali in praški |
| T170 |
Tehnološke vede |
Elektronika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
elektronska keramika, sinteza, feroelektriki, prevodni oksidi, multifunkcijski materiali, nano-strukture, 2D-strukture, 3D-strukture, elektronske komponente, miniaturizacija, hibridna vezja, senzorji, aktuatorji
Raziskovalci (40)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
85.565 |
Povzetek
Elektronska keramika ima širok spekter uporabe, od procesne tehnike, robotike, računalništva, telekomunikacij, multimedijskih aplikacij, medicinske diagnostike, terapije itd. Smernice razvoja elektronskih komponent so zmanjševanje dimenzij, večja učinkovitost, povečevanje zanesljivosti in kompleksnosti elektronskih komponent ter čim manjša obremenitev okolja. To lahko dosežemo tako z razvojem materialov z boljšimi lastnostmi in z uporabo tehnologij, ki omogočajo izdelavo kompleksnih miniaturnih struktur (multifunkcijski materiali) in naprav. Tudi elektronika pričakuje od nanostruktur nove lastnosti, čemur sledi tudi naš program.
Namen programa so raziskave sinteze in sinteza feroelektričnih materialov na osnovi svinčevih perovskitov, okolju prijaznih materialov na osnovi alkalnih in zemljo-alkalnih niobatov in tantalatov, električno prevodnih kompleksnih perovskitov ter materialov za debeloplastno tehnologijo. Za pripravo materialov bomo uporabljali sintezo iz prahov, mehano-kemijsko sintezo, sintezo iz vodnih suspenzij in sintezo iz raztopin. Raziskovali bomo sintezo delcev nano velikosti, tanke in debele plasti na različnih substratih (2D in 3D strukture) ter "bulk" keramiko ter povezave med strukturo in funkcijskimi lastnostmi. Raziskovali bomo tudi procese v debelih plasteh za pripravo debeloplastnih hibridnih vezij, posebej še tistih za senzorje tlaka.
Pomen za razvoj znanosti
Pomen raziskovalnega programa Elektronska keramika, nano, 2D in 3D struktur za razvoj znanosti je na naslednjih področjih: • Novi materiali ali materiali z izboljšanimi lastnostmi, predvsem piezo- in feroelektriki in feroelektriki v zametku, napetostno nastavljivi feroelektriki, relaksorji, ter materiali za prozorno elektroniko (dielektriki, prevodni oksidi): razumevanje vpliva sestave, strukture in mikrostrukture na funkcijske lastnosti. • Prispevek k razumevanju mehanizmov nekaterih procesov, kot so mehanokemijska sinteza, sinteza v trdnem stanju, sintranje, sinteza tankih plasti iz raztopin, oblikovanje in sintranje plastnih struktur na podlagah. • Razumevanje temeljnih problemov integracije keramičnih materialov: primerjava lastnosti volumenske keramike, debelih, tankih plasti in diskretnih struktur. Navajamo rezultate, ki bodo bistveno vplivali na razvoj področja: Prispevek k razumevanju sinteze, sintranja, kristalne strukture in faznih premen okolju prijazne piezoelektrične keramike kalijevega natrijevega niobata, razlaga feroelektričnega in elektromehanskega odziva visokotemperaturnega piezoelektrika bizmutovega ferita; novi postopek sinteze kompleksnih svinčevih perovskitov v trdnem stanju, ki temelji na načrtovanju stikov med delci reagentov v vodnih suspenzijah. Prispevek k razumevanju sinteze tankih plasti iz raztopine, kar omogoča pripravo plasti prevodnih oksidov in dielektrikov pri temperaturah, ki ne presegajo 400 oC, sinteza plasti kalijevega natrijevega niobata z načrtovano mikrostrukturo in lastnostmi; oblikovanje plastnih struktur z brizgalnim tiskanjem. Prispevek k pripravi debelih plasti kalijevega natrijevega niobata s sitotiskom in razlaga njihovih piezoelektričnih lastnosti; vpliv mehanskih napetosti na piezoelektrične lastnosti debelih plasti, oblikovanje debeloplastnih struktur z elektroforetsko depozicijo za ultrazvočne pretvornike za preiskave v medicini. Nove zasnove, modeliranje in izvedba kompleksnih tridimenzionalnih struktur na osnovi keramike z nizko temperaturo žganja (LTCC) za kemijske mikro-reaktorje ali keramične mikro-elektro-mehanske sisteme (c-MEMS).
Pomen za razvoj Slovenije
Po našem mnenju je raziskovalni program Elektronska keramika, nano, 2D in 3D strukture pomemben za Slovenijo iz naslednjih razlogov. Skupina je nosilka raziskav in razvoja na področju keramičnih materialov in struktur za elektroniko ter keramičnih mikrosistemov, tako kemijskih kot mikro-elektro-mehanskih sistemov (C-MEMS). Rezultati raziskav so vir znanja za aplikativne in razvojne projekte. Skupina dobro sodeluje z vrsto slovenskih podjetij, omenjamo HIPOT-RR, KEKO-Oprema, KEKON, KEKO Varicon, HYB, ETI Elektroelement, BSH, LPKF. V skupino je stalno vključenih nekaj sodelavcev, ki so zaposleni v industriji (HIPOT-RR, HYB, KEKO-Oprema), kar se je izkazalo za zelo učinkovito pri prenašanju rezultatov v industrijo. Sodelovanje s podjetjem ETI Elektroelement d.d. iz Izlak na področju raziskav silikatnih materialov za uporabo v elektrotehniki je vodilo do Puhovega priznanja (2009) za razvoj visokogliničnega porcelana z izboljšanimi mehanskimi in termičnimi lastnostmi, in srebrnega priznanja za inovacijo, ki jo je podelila Gospodarska zbornica Slovenije, Območna zbornica Zasavje (2014) za razvoj kordieritne keramike z izboljšanimi mehanskimi in termičnimi lastnostmi, dveh slovenskih patentov in treh PCT patentnih prijav. Mikrosistemi so dimenzijsko majhni sistemi, ki poleg elektronske opravljajo še vrsto drugih funkcij, kot so: mehanske, elektromehanske, kemične. Keramični materiali kot gradniki mikrosistemov omogočajo izdelavo različnih 3D zaprtih in odprtih struktur, integracijo funkcionalnih materialov in komponent, so kemijsko odporni ter dimenzijsko in termično stabilni. S povezovalno vlogo Centra odličnosti NAMASTE se v Sloveniji ustvarja vrednostna veriga raziskovalnih skupin in podjetij: poleg naše skupine še Odsek za sisteme in vodenje na Institutu Jožef Stefan, Kemijski inštitut, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo in Fakulteta za elektrotehniko Univerze v Ljubljani, HIPOT-RR, TC SEMTO, KEKO Oprema, KEKON in HYB. Materiali in tehnologije keramičnih senzorjev tlaka so viden rezultat sodelovanja z družbo HYB v preteklem obdobju. Poleg sodelovanja z industrijo (večinoma z elektronsko in elektroindustrijo, ki je ena najpomembnejših gospodarskih panog v Sloveniji) so aktivnosti skupine obsegale: (i) vključevanje raziskovalcev in strokovnjakov iz podjetij v programsko skupino, kar ima obojestranske učinke; (ii) prenos znanja, ki je reden proces in se izvaja s svetovanjem in ekspertnimi mnenji, vzgojo in izobraževanjem kadrov ter pretokom mladih raziskovalcev; (iii) izvajanje projektov in storitev po naročilu; (iv) sodelovanje v skupnih projektih. Povezovanje z drugimi RR skupinami je tudi pomembno, ne samo za doseganje kritične mase na nekaterih področjih, temveč tudi za povečanje izkoriščanja drage raziskovalno-razvojne infrastrukture. Sodelavci so vidni člani strokovnih društev v Sloveniji in Evropi in sodelujejo pri organizaciji različnih strokovnih dogodkov (konference, delavnice, …). Omenimo naj aktivno vlogo sodelavcev v strokovnem društvu MIDEM in v Tehnološkem centru SEMTO, ter v evropski asociaciji Piezo Institut. Šest sodelavcev je habilitiranih na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana in aktivno sodelujejo pri izobraževanju študentov. Raziskovalna skupina vzdržuje stik z vodilnimi laboratoriji po svetu, kar se odraža v velikem številu vabljenih predavanj sodelavcev na mednarodnih konferencah in medsebojnih obiskih, ter nedvomno tudi v vključenosti v mednarodne projekte.
Avdiovizualni viri (1)
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
