Projekti / Programi
Karakterizacija polprevodniških nanomaterialov za določanje njihovih optičnih in toplotnih parametrov z uporabo fototermičnega učinka
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 7.00.00 |
Interdisciplinarne raziskave |
|
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T000 |
Tehnološke vede |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
optotermične meritve (optotermične metode), polprevodniški nanosloji, nanomateriali, optotermične in transportne lastnosti, spektrometrija termičnih leč, metoda optotermičnega odklona, optoakustična spektroskpija
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
31463 |
dr. Dorota Agnieszka Korte |
Varstvo okolja |
Vodja |
2011 - 2013 |
155 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
1540 |
Univerza v Novi Gorici |
Nova Gorica |
5920884000 |
14.063 |
Povzetek
Nanomateriali (NM) so zaradi svojih edinstvenih lastnosti privlačni materiali za uporabo pri različnih industrijskih izdelkih, kot tudi na področjih kot je medicina. Izmed vseh proučenih parametrov NM so toplotne lastnosti najmanj raziskane, čeprav so zelo pomembne za razumevanje in izboljšanje uporabe NM predvsem v mikroelektroniki. Te lastnosti so odvisne od notranje strukture NM, vendar so njihove vrednosti, kot tudi spremembe zelo majhne in prav zaradi tega so za njihovo določevanje potrebne zelo občutljive in natančne metode merjenja. Słuchaj
Takšnim zahtevam zadoščajo merilne tehnike, ki temeljijo na optotermičnih (PT) učinkih. Med njih uvrščamo: metodo optotermičnega odklona (PD), optoakustično spektroskopijo (PA) in spektrometrijsko tehniko s termičnimi lečami (TL). Na splošno temelji delovanje vseh optotermičnih metod na sproščanju toplote, ob periodičnem vzbujanju vzorca. Kot rezultat neradiacijske sprostitve energije, ki jo absorbira vzorec, se vzpostavi temperaturni gradient ter posledično sprememba fizikalnih parametrov (npr. gostota, lomni količnik) vzorca in njegove okolice. Naštete spremembe lahko zaznamo na različne načine glede na izbrano merilno tehniko. PD tehnika navadno temelji na zaznavanju periodičnih temperaturnih sprememb v mediju, ki obdaja osvetljen vzorec, s pomočjo zaznave laserskega žarka na površju. Spremembe zaznamo kot moten laserski žarek s periodičnimi vplivi lomnega količnika, ki izhajajo iz temperaturnih sprememb. V tehniki PA zaznavamo spremembe tlaka plina, ki izhajajo iz fototermičnega učinka v okolici vzorca in jih merimo z uporabo občutljivega mikrofona. V primeru detekcije s termičnimi lečami (TLS) zaznamo spremembe na gradientu lomnega količnika snovi, ki se vzpostavi zaradi temperaturnih spremembe ter povzroči, razpršitev laserskega žarka ob prehodu skozi prozorni vzorec. V vseh treh zgoraj navedenih tehnikah je zaznani signal odvisen od termooptičnih ter prenosljivih parametrov vzorca.
Med nanomateriale s fotokatalitičnimi lastnostmi uvršamo tudi titanov dioksid (TiO2), ki je eden izmed najpogosteje raziskovanih in uporabljenih materialov. Ena od njegovih slabosti je visoka energijska vrzel (~3.2 eV), katera omejuje njegovo uporabo v vidnem delu spektra (UV). Slabost predstavlja tudi rekombinacija nosilcev naboja (e-/h+), ki se meri v nanosekundah. Zaradi navedenih lastnosti ima TiO2 omejeno fotokatalitsko aktivnost, zato je potrebno preoblikovati notranjo njegovo strukturo z dopiranjem ali modificiranjem lastnosti površine. Ta procesa povzročata spremembe tako toplotnih kot optičnih parametrov, ki omogočajo izboljšano fotokatalitsko aktivnost.
Druga skupina materialov, ki jih bomo proučevali v okviru predlaganih raziskav so organski polprevodniki in polprevodniki manjših molekul ter polkovinski tanki nanosi/filmi za optoelektronsko uporabo. Podobno kot v primeru TiO2, sprememba notranje strukture vodi do večjega učinka prenosa naboja kar privede do povišanja hitrosti delovanja naprave in zmanjšanja izgube energije. To so obetavni materiali za uporabo v visoko učinkovitih sončnih celicah. Sam učinek prenosa naboja pa je odvisen od gostote naboja in rekombinacije širjenja oziroma mobilnosti, ki je pogojena s specifično toploto in termalno difuzivnostjo polprevodnikov NM.
Cilji predlagane raziskave so torej usmerjeni na uporabo novih, zelo občutljivih PT metod za določanje toplotnih in optičnih parametrov nekaterih izbranih NM, ki bodo vključevali tanke TiO2 filme za fotokatalizo, polprevodnike manjših molekul in organske polprevodnike za sončne celice kot tudi polkovine, npr. grafit za elektronsko uporabo. Določili bomo njihove optotermične parametre, kemijske sestave in strukturne značilnosti, ter optimizirali eksperimentalne pogoje za sintezo NM na osnovi TiO2 in katalitsko učinkovitejših organskih polprevodnikov ter organskih nanostrukturiranih polprevodniških nanosov za doseganje višje konverzije v sončnih celicah.
Pomen za razvoj znanosti
Pomen za znanost: Najpomembnejše prispevke predlaganega projekta k razvoju znanosti so: 1) ovrednotenja obstoječe teorije optotermičnih pojavov in razvoja novih teoretičnih modelov, ki opisujejo optotermične pojave v tankih slojih nanostrukturiranih polprevodniških materialov. 2) Optimizacije in izbire najprimernejše optotermične metode za meritve optičnih in termičnih lastnosti nanoslojnih polprevodniških materialov za fotokatalizo in fotovoltaiko, 3) Meritev optičnih (absorpcijski spektri) in termičnih lastnosti (termična difuzivnost in efuzivnost, toplotna prevodnost) na tankih slojih polprevodnikov, ki jih ne moremo opraviti z drugimi metodami 4) Razvoj novih metod za določanje strukturnih lastnosti tankih plasti (poroznost, gladkost površine) in gostote nosilcev naboja, na osnovi merjenja termičnih lastnosti Vsi omenjeni dosežki predlaganih raziskav pomenijo nove prispevke za razvoj znanosti, ki so in še bodo napej vzpodbudili nadalnji razvoj na področju optotermičnih raziskav in tehnik, kot tudi na področju nanostrukturiranih polprevodniških materialov za fotokatalizo in fotovoltaiko. Pomen za industrijo: Nova znanja in konkretne aplikacije, ki jih je dal projekt so pomembne za razvoj novih nanomaterialov z izboljšanimi lastnostmi in delovanjem, npr. večjo fotokatalitsko aktivnostjo, višjo stopnjo konverzije materialov za fotovoltaiko. Optične, termične in strukturne lastnosti nanomaterialov, ki bodo ugotovljene in opisane s predlaganimi raziskavami, so ključne za izdelavo novih polprevodniških materialov z izboljšanimi lastnostmi kot tudi za optimizacijo obstoječih tehnologij za njihovo proizvodnjo in so zato velikega pomena za proizvajalce tovrstnih materialov.
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati projekta pomembno vplivajo na razvoj novih pristopov v sintezi in analizi materialov v Sloveniji, kot tudi v mednarodnem merilu. Poleg sodelovanja s skupino iz IENI-CNR in INSTM, Oddelek za Kemijo, Univerza v Padovi, Italija, s katero predvidujemo sodelovanje in piravljanje skupnih projektov tudi v prihodnosti, razvijamo tudi mednonarodne sodelovanje s Inštitutom za fiziko,Tehnična univerza Silesia, Poljska. Drugo pomembno področje uporabe rezultatov projekta je kakovost in varnost procesa čiščenja vode ter varnost okolja in uporaba obnovljivih virov energije, zato razvita metoda za analizo različnih tankoslojnih filmov za fotokatalizo in tankih plasti različnih mešanice polimerov za sončne celice, prispeva za rozvoj solarne tehnologije in tehnologije proizvajanja novih materialov za fotokatalizo. To je ena od glavnih prioritet EU, prav tako je tudi eno pomembnejših področij tudi v Sloveniji. Razvita metoda zagotavljaja visoko občutljivost detekcije v primerjavi z drugimi metodami, kar bo razširilo nabor analiznih detekcijskih tehnik kot tudi spekter določevanih parametrov ter snovi, katerih lasnosti z njimi lahko določevmo.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
celotno poročilo na dLib.si
