Projekti / Programi
Raziskave sinteze nanožic za regenerativne energijske celice
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.09.05 |
Tehnika |
Elektronske komponente in tehnologije |
Vakuumistika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T140 |
Tehnološke vede |
Energijske raziskave |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.10 |
Tehniške in tehnološke vede |
Nanotehnologija |
plazma, sinteza, nanožice, energija, energijske celice
Raziskovalci (12)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
22289 |
dr. Uroš Cvelbar |
Elektronske komponente in tehnologije |
Vodja |
2011 - 2014 |
730 |
| 2. |
26476 |
dr. Aleksander Drenik |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
695 |
| 3. |
29520 |
dr. Kristina Eleršič Filipič |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
96 |
| 4. |
33330 |
dr. Gregor Filipič |
Elektronske komponente in tehnologije |
Mladi raziskovalec |
2011 - 2014 |
129 |
| 5. |
18635 |
Tatjana Filipič |
|
Tehnični sodelavec |
2011 - 2014 |
24 |
| 6. |
24984 |
Valentin Koblar |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
13 |
| 7. |
21019 |
Ludvik Kumar |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
22 |
| 8. |
27730 |
Andrej Likar |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
2 |
| 9. |
10429 |
dr. Miran Mozetič |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
1.353 |
| 10. |
09105 |
Borut Praček |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2011 - 2012 |
113 |
| 11. |
20048 |
dr. Alenka Vesel |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2011 - 2014 |
689 |
| 12. |
31618 |
dr. Rok Zaplotnik |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2013 - 2014 |
305 |
Organizacije (2)
Povzetek
Urejeni sistemi nekaterih nanožic kovinskih oksidov na kovinskih podlagah so zanimivi za številne elektrokemične in fotoelektrokemične aplikacije pri pretvorbi energije. Poleg tega je mogoče uporabiti primanjkljaj kisikovih atomov v nanostrukturah kovinskih oksidov za prirejanje elektronskih lastnosti struktur za spreminjanje absorpcije svetlobe in prenosa naboja skozi nanožice kovinskih oksidov. Pri tem ponuja plazemska oksidacija kovinskih folij edinstveno možnost za rast vertikalnih struktur nanožic neposredno na kovinskih podlagah. Ta omogoča tudi sintezo nanostruktur s primanjkljajem kisikovih atomov, tako da kontrolirano spreminjamo plazemske parametre. Projekt je zato usmerjen v plazemsko sintezo različnih sistemov kovinskih oksidov (predvsem ?-Fe2O3, TiO2, Fe3O4, Cr2O3, CuO2 in V2O5) nanožic in testiranje njihovih lastnosti v novih aplikacijah kot so izdelava barvnih sončnih celic in celic za fotoelektrokemično cepitev vodnih molekul.
Bolj natančno, raziskave bodo temeljile na sintezi novih sistemov kovinskih oksidov nanožic v nizkotemperaturni kisikovi plazmi pod kontroliranimi plazemskimi parametri in njihovi uporabi v elektrokemijskih napravah. S tem namenom bomo študirali vpliv plazemskih parametrov (gostota elektronov, nevtralnih atomov, ionov; kinetične energije ionov, temperature nevtralnega plina ipd.) in radikalov (ionov, nevtralnih atomov, vzbujenih molekul in fotonov) na sintezo nanožic na kovinskih podlagah kot so krom, titan, železo, baker in vanadij. Dodatno bomo sintetizirali nano sisteme na prožnih podlagah s plazemskim naprševanjem ali iz kovinskih filmov. Posvetili se bomo tudi spremembam v morfologiji in karakteristikam nanostruktur, ki so bile sintetizirane pod različnimi pogoji, s tem bomo poizkušali določiti detreministična pravila sestavljanja nanostruktur v plazmi. Sintetizirane kovinske nanostrukture oksidov (kot so ?-Fe2O3, TiO2, Fe3O4, Cr2O3, CuO2 in V2O5) bodo uporabljene v regenerativnih energijskih celicah. Strukture bodo uporabljene kot elektrode za fotoelektrokemične celice, ki absorbirajo sončno svetlobo in omogočijo cepitev vodnih molekul in pridobivanje gorivnih plinov (kisika in vodika) pa tudi v barvnih sončnih celicah. Raziskavam pa bo sledil razvoj novih elektrokemijskih naprav za pretvorbo energije, ki temeljijo na sistemih nanožic kovinskih oksidov sintetiziranih na kovinskih podlagah v plazmi. Velja omeniti, da so za razvoj teh naprav zelo zainteresirani tudi slovenski industrijski partnerji.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave neposredne rasti velike količine urejenih sistemov nanožic na kovinskih ali prevodnih podlagah ob izpostavitvi neravnovesni kisikovi plazmi je novo področje, ki omogoča pripravo materialov v velikem obsegu. To posledično pomeni tudi premostitev mostu med raziskavami in uporabnostjo nanomaterialov kot so nanožice v industrijskih aplikacijah, saj bodo te dostopne v velikih količinah. S tem namenom smo raziskali rast nanožic kovinskih oksidov in vpliv plazemskih parametrov nanje, kjer igrata najpomembnejšo vlogo gostota nevtralnih atomov in tok ionov na površino ter električni potencial površine. Tako smo uspeli določili deterministične pogoje pri katerih lahko rastemo nanožice in pripraviti prvi model, ki takšno rast lahko opiše. Med vrhunske znanstvene dosežke projekta spada tudi odkritje pojava spreminjanja energijske reže materiala s pomočjo obsevanja nanožice z elektronskim curkom. Pri tem nastanejo na nanožicah nanopore, ki so posledica sproščanja in difuzije kisikovih atomov iz kristalne mreže. Pokazali smo tudi, da je mogoče lastnosti nanožic kovinskih oksidov spreminjati tudi z dopiranjem z zamenjavami kisika v kristalni mreži z dušikom ali žveplom. Na osnovi plazemsko sintetiziranih nanožic hematita smo uspeli pripraviti tudi prvo zelo dobro delujočo celico za cepitve vodnih molekul. Iz obilice rezultatov pričakujemo v prihodnosti še več znanstvenih objav, prav tako pa tudi patentno zaščito za procese pretvorbe nanožic.
Pomen za razvoj Slovenije
Neposredni vpliv izvedenega projekta na razvoj Slovenije je za našega industrijskega partnerja razvoj novih tehnologij in produktov, ki bodo v prihodnosti narekovali trend novih naprav in tehnologij. V to področje nedvomno spadajo novi nanomateriali kot so nanožice kovinskih oksidov, ki jih lahko pridobimo v zadostnih količinah. S tem projektom je tako podjetje pridobilo novo znanje in postopke, s katerimi lahko preoblikujejo material in gradijo nanostrukture v svojih plazemskih reaktorjih. To je izrednega pomena v njihovi dejavnosti pri izdelavi različnih polizdelkov kot so kompoziti, kjer jim večja količina takega materiala predstavlja konkurenčno prednost. S pridobitvijo novega znanja za razvoj novih aplikacij kot so celice za cepitev vodnih molekul, ki izkoriščajo obnovljiv vir energije, pa so pridobili evaluacijo in testne primere celic za razvoj novih produktov. Podjetje namreč ocenjuje, da lahko le s tako raziskovalno politiko ohrani višjo dodano vrednost in delovna mesta v svojih podjetjih v Sloveniji.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
