Projekti / Programi
Novi elektrokalorični materiali za novo ekološko prijazno dielektrično tehnologijo hlajenja
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.21.00 |
Tehnika |
Tehnološko usmerjena fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P260 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: elektronska struktura, električne, magnetne in optične lstnosti, supraprevodniki, magnetna rezonanca, relaksacija, spektroskopija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
pretvarjanje energije, pridobivanje energije, ogromen elektrokalorični pojav,polimeri, keramike, kompozitni polimerni nanomateriali, tekoči kristali, toplotna kapaciteta, toplotna prevodnost, hladilne naprave, izboljšan energijski izkoristek, okolju prijazna tehnologija
Raziskovalci (20)
Organizacije (3)
Povzetek
Ta projekt je predlog za nadaljnjo podporo raziskav elektrokalorikov s strani
ARRS, ki so zelo pomembne za razvoj novih tehnologij hlajenja na osnovi
elektrokaloričnih hladilnih elementov. Elektrokalorični pojav (ECE) je v zadnjih petih letih pritegnil veliko pozornost znanstvenikov zaradi možnosti zamenjave večine sedanjih hladilnih tehnik z elektrokaloričnim oziroma dielektričnim hlajenjem. Naše dosedanje neposredne raziskave objavljene v uglednih mednarodnih revijah s področja aplikativne fizike so pokazale, da velik elektrokalorični pojav dejansko obstaja v dveh vrstah snovi: perovskitnih relaksorskih feroelektrikih in feroelektričnih polimerih. Pri tem smo v sodelovanju s skupino prof. Q.M. Zhanga s Pennsylvania State University kot prvi na svetu pokazali, da je mogoče doseči elektrokalorično spremembo temperature, ki presega 20K v tankih filmih P(VDF-TrFE) polimerov in 40 K v tankih filmih perovksitnih relaksorskih PLZT keramik. Tako velik elektrokalorični odziv je že uporaben za vrsto komercialnih aplikacij povezanih
z novim načinom dielektricnega hlajenja. Predlagani projekt bo dal odgovore na še nekaj odprtih vprašanj v treh stopnjah raziskav, ki bodo omogočili praktično uporabo elektrokaloričnih materialov. Ta vprašanja so: (i) najti najbolj učinkovit elektrokalorični materijal in (ii) ga optimizirati, tako, da bo zdržal ustrezno število ciklov električnega polja, (iii) najti ustrezne toplotne preklopnike in/ali regeneratorje za ustrezen prenos toplote med hladnim in toplim delom naprave, ter (iv) sestaviti prototip elektrokaloričnega hladilnega elementa delujočega na kaskadnem principu in praktično testirati njegove toplotne transportne lastnosti, jih optimizirati, ter jih primerjati z že obstoječimi tipi, ki delujejo na osnovi regenrativnega principa. Prednost kaskadnega tipa pred regenerativnim je, da omogoča nadaljno stopnjo miniaturizacije hladilnikov. Rezultati projekta bodo izkazani v obliki prototipa dielektrične hladilne naprave, znanstvenih in strokovnih člankov, doktorskih delih, domačih in tujih patentov ter predavanjih na mednarodnih znanstvenih konferencah. Projektna skupina je sposobna izvesti zgoraj navedene raziskave in razvoj prototipa dielektričnega hladilnika saj ima poleg ekspertize na tem področju že mednarodno patentno prijavo delovanja takšne hladilne naprave. Ta projekt odpira ne samo novo raziskovalno področje ampak njegovi rezultati lahko privedejo do novih tehnologij in tudi industrijskih vej. Rezultati imajo lahko velik pomen, ne samo za določene veje slovenske industrije, ampak za svetovno industrijo povezano z razvojem nove generacije hladilnikov. Pri tem velja posebej poudariti možnosti razvoja novih mikrohladilnikov na bazi dielektričnega hlajenja, ki lahko omogočijo vrsto novih aplikacij točkovnega hlajenja v elektroniki.
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati projektne skupine so zelo pomembni za razvoj znanosti o kaloričnih pojavih v trdnih snoveh in tudi za razvoj novih hladilnih tehnologij. V projektu smo razvili dva prototipa hladilnih naprav na osnovi regenerativne tehnike in kaskadni tip. Pri prvem smo pokazali, da je mogoče dejansko uporabiti trdne PMN-10PT keramike kot hladilne elemente. To je trenutno edini tovrstni delujoč prototip takšne hladilne naprave na svetu z najboljšim regenerativnim faktorjem. Naprava in rezultati testiranja delovanja naprave so bili objavljeni v ugledni mednarodni znanstveni reviji s področja uporabne fizike Applied Physics Letters in predstavljeni v preglednem članku o kaloričnem hlajenju, avtorjev X. Moya, E. Defay, V. Heine in N.D. Mathur, ki je bil objavljen v ugledni znanstveni reviji s področja fizike Nature Physics. Poleg tega regenerativnega načina smo pokazali, da je mogoče narediti tudi kaskadno hladilno napravo, ki izkorišča tako elektrokalorični kot elektromehanski pojav za prenos toplote. Pomen rezultatov projekta se odraža tudi v veliki citiranosti objavljenih del, ki so v kratkem času zbrala več kot 200 citatov v mednarodni znanstveni literaturi (po bazi WOS).
Pomen za razvoj Slovenije
Izdelava prototipa elektrokalorične hladilne naprave na osnovi PMN-10PT keramikna osnovi regenerativne tehnike. To je trenutno edini tovrstni delujoč prototip takšne hladilne naprave na svetu z najboljšim regenerativnim faktorjem. Podjetje Gorenje d.o.o. je izrazil zanimanje za naše raziskave na področju kaloričnega hlajenja in je vmes že odkupilo našo patentno prijavo o elektrokaloričnem regenerativnem hlajenju, ki je vmes postal tudi že EU patent. Razvoj novih tehnologij in znanj lahko dvigne celoten razvojni nivo slovenske ekonomije, znatno izboljša dodano vrednost in konkurenčnost slovenskih izdelkov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
