Projekti / Programi
Nano-načrtovanje samourejenih materialov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.01 |
Tehnika |
Materiali |
Anorganski nekovinski materiali |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
Nano-načrtovanje, prilagodljivi materiali, kompoziti, blok-kopolimeri, anorganski nanodelci, samourejanje, prilagajanje lastnosti
Raziskovalci (11)
Organizacije (2)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
20.922 |
| 2. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.624 |
Povzetek
V predlaganem projektu se nameravamo ukvarjati z uravnoteženim in trajnostnim razvojem naprednih materialov s prilagodljivimi funkcionalnimi lastnostmi s pomočjo nanotehnologije blok-kopolimerov. Sistematsko tovrstnih raziskav literatura ne obravnava in tako predstavljajo novost v multidisciplinarnem področju raziskav materialov. Predvidevamo, da bi izsledki raziskav vodili do razvoja materialov z izrazito izboljšanimi karakteristikami ter do razvoja naprav s povsem novimi funkcionalnostmi. Ta predvidevanja izhajajo iz sposobnosti učinkovitega samourejanja različnih nanometrskih delcev znotraj blok kopolimerov in s tem možnosti kvalitetnega načrtovanja nanostrukturiranih kompozitov, kar s klasičnimi sinteznimi tehnikami ni možno doseči.
Raziskovanim materialom nameravamo kontrolirati stopnjo polarizacije z uporabo električnega, mehanskega oziroma magnetnega polja. Na ta način je predlagan projekt razdeljen v tri sklope:
- V prvem delu projekta nameravamo preučevati električno prilagodljive kompozite na osnovi sistema Ag(Nb,Ta)O3. Z uporabo blok-kopolimerov kot sintezne tehnike želimo pripraviti kompozit pri nizkih temperaturah ter kontrolirati njegovo strukturiranost na nanometrskem nivoju. S tem bi se izognili redoks reakcija prisotnega srebra pri višjih temperaturah ter izboljšali njegove funkcionalne lastnosti, predvsem faktor kvalitete ter temperaturno stabilnost.
- V drugem delu projekta želimo pripraviti mehansko prilagodljive kompozite, ki bi vsebovali feroelektrične delce Na0.5Bi0.5TiO3, samourejene znotraj nepolarne matrice SrTiO3. Na ta način bi z uporabo blok-kopolimerov pripravili umetne relaksorje, v katerih bi presegli naravno koncentracijo polarnih skupkov. To bi povečalo stopnjo prilagajanja in s tem izboljšalo delovanje naprav. Z raziskavami na tem področju bi postali ena izmed redkih skupin v svetu, ki se ukvarja s pripravo umetnih relaksorjev ter sistematsko preučuje mehansko prilagodljivost.
- V tretjem delu projekta bi pripravili magnetno prilagodljive kompozite, pri katerih bi kot piezoelektrik uporabili različne trdne raztopine iz sistema Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Bi0.5TiO3, kot piezomagnet pa Sr2FeReO6. Uporaba blok-kopolimerov nam bi omogočila ustrezno električno izolacijo piezomagnetne faze ter kvalitetno strukturiranost na nanometrskem nivoju. Ta je potrebna za prenos sile med komponentama kompozita in določa stopnjo magnetoelektrične sklopitve. Za razliko od večine dosedanjih študij na tem področju želimo poglobljeno raziskovati sintezne in kemijske lastnosti magnetoelektričnih kompozitov.
V predlaganih raziskavah blok-kopolimeri služijo kot templat, s pomočjo katerega nameravamo prekurzorje izbranih elementov, ki jih bomo predhodno pripravili po sol-gel postopku oziroma s hidrotermalno reakcijo, urediti v ustrezen kompozit. S predlaganim delom se tako odpira povsem novo področje raziskav, ki združuje različne sintezne postopke s prilagodljivimi komponentami z različnimi funkcionalnimi lastnostmi. Pričakujemo, da bodo rezultati raziskav vodili do novih bazičnih spoznanj, ki bodo nadalje ključno vplivala na aplikativen razvoj različnih naprednih materialov. Glede na originalnost predlaganih raziskav nameravamo rezultate objaviti v številnih člankih, objavljenih v revijah z visokimi faktorji vpliva, predhodno pa bomo za razvite materiale preučili tudi možnost prijave lokalnih in mednarodnih patentov.
Pomen za razvoj znanosti
Za električno, mehansko in magnetno prilagodljive material smo dosegli znaten znanstveni napredek na področju njihove sinteze in optimizacije funkcionalnih lastnosti. Natančneje, uspeli smo samourediti ustrezne faze, kar smo dosegli z optimizacijo kritičnih sinteznih parametrov oziroma z uporabo blok kopolimerov. Nova znanstvena odkritja lahko razdelimo glede na specifično skupino materialov: - Načrtovanje Ag(Nb,Ta)O3 kompozitov: Za različne trdne raztopine preučevanega sistema smo določili sintezni mehanizem, ki je prisoten pri reakciji v trdnem. Določili pa smo tudi novo in enostavno metodo za minimizacijo temperaturne odvisnosti resonančne frekvence. Nadalje smo pripravili vrsto Ag(Nb,Ta)O3 tankih plasti z uporabo pulznega laserskega nanašanja. Raziskava nam je omogočila, da smo prvič do sedaj določili celotni set pogojev nanašanja, ki vodijo do kontrolirane oksidacije srebra. - Načrtovanje kompozitov, sestavljenih iz NBT in ST: V izhodiščnih eksperimentih smo odkrili nove hidrotermalne pogoje za pripravo enofaznih in dobro kristaliničnih NBT nanodelcev. Določili smo tudi lastne vzroke za nastanek defektov v ST nanodelcih, pripravljenih s kombinacijo sol precipitacije in hidrotermalne metode. Prvič do sedaj smo tudi uspeli pripraviti NBT-ST tanko plast s strukturirano sestavo, ki je vodila do bistveno izboljšanih električnih lastnosti. - Načrtovanje kompozitov, sestavljenih iz PMN-PT in CF: Za CF smo natančno določili sintezne pogoje za stabilizacijo dobro dispergiranih superparamagnetnih nanodelcev v povezavi z naravo vezave površinsko aktivne snovi. Ta odkritja so pomembna za raziskovalno skupnost, saj se analogen pristop uporablja pri pripravi različnih nanodelcev. V povezavi s tem delom raziskovalnega projekta smo določili tudi nove metode za hitro pripravo dobro urejenih tankih plasti na osnovi blok kopolimerov, ki smo jih nadalje preizkusili za pripravo različnih anorganskih faz. Preizkusili smo sintezo faz, ki so relevantne za elektronsko industrijo, medtem ko literatura do sedaj poroča predvsem o samourejanju TiO2.
Pomen za razvoj Slovenije
Projekta je vplival na družbo v sledečih smereh: - Pri izvedbi projekta so sodelovali številni člani projekte skupine, vključno z podoktorskimi sodelavci, doktorskimi študenti in diplomanti. Zaradi takšnega prepletanja članov je imelo izobraževanje študentov eno izmed najvišjih prioritet projekta in je zagotavljalo njegov uspešen napredek. Del programa sta izvajali dve mladi raziskovalki, medtem ko je bilo 5 diplomskih tem tesno povezanih s problemi projekta. - Znanstveno področje ne vključuje zgolj področja inženirstva keramike, temveč tudi polimerno znanost in uporabno fiziko. Takšen interdisciplinaren pristop nam je odprl novo pot v inženirstvu materialov za pripravo kompozitov s kvalitetnim strukturiranjem na nanometrskem nivoju. - Odsek za raziskave sodobnim materialov Instituta »Jožef Stefan« in Center odličnosti Nanoznanosti in nanotehnologije sta v letu 2012 postavila prvi laboratorij za pulzno lasersko nanašanje v Sloveniji. Laboratorij je opremljen tudi z visokoresolucijskim rentgenskim difraktometrom, namenjenim za analizo tankih plasti. Projekt nam je omogočal intenzivno uporabo teh tehnik pri pripravi in karakterizaciji visokokvalitetnih tankih plasti. Natančneje, pripravljali smo različne plasti na osnovi Ag(Nb1-xTax)O3 za električno prilagodljive aplikacije. - Rezultate projekta smo razširili preko številnih znanstvenih publikacij v revijah z recenzijo, ki so med najbolj relevantnimi za specifično raziskovalno temo (Journal of the American Ceramic Society, Journal of the European Ceramic Society, itd). Rezultate smo predstavili tudi na številnih tematskih konferencah, kar je prispevalo k uveljavitvi članov projektne skupine in njihovih institucij na mednarodnem nivoju.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
