Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Tankoplastne strukture in plazemsko inženirstvo površin

Obdobja
Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
2.09.00  Tehnika  Elektronske komponente in tehnologije   
2.04.00  Tehnika  Materiali   

Koda Veda Področje
P240  Naravoslovno-matematične vede  Plini, dinamika tekočin, plazma 

Koda Veda Področje
2.02  Tehniške in tehnološke vede  Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring 
Ključne besede
plinska plazma, elektronske tehnologije, vakuum, tanke plasti, analiza površin, inženirstvo površin
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (45)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  34541  dr. Metka Benčina  Materiali  Raziskovalec  2017 - 2021  79 
2.  22289  dr. Uroš Cvelbar  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2015 - 2021  726 
3.  18271  dr. Miha Čekada  Materiali  Raziskovalec  2015 - 2021  436 
4.  26476  dr. Aleksander Drenik  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2015 - 2016  688 
5.  35463  dr. Aljaž Drnovšek  Materiali  Raziskovalec  2015 - 2021  97 
6.  53451  Matej Drobnič  Materiali  Mladi raziskovalec  2019 - 2021  50 
7.  53529  Jernej Ekar  Elektronske komponente in tehnologije  Mladi raziskovalec  2019 - 2021  40 
8.  33330  dr. Gregor Filipič  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2015 - 2021  129 
9.  18635  Tatjana Filipič    Tehnični sodelavec  2015 - 2021  24 
10.  15601  Jožko Fišer    Tehnični sodelavec  2015 - 2021  12 
11.  55765  Žan Gostenčnik  Materiali  Mladi raziskovalec  2021  12 
12.  37471  dr. Nataša Hojnik  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2015 - 2021  62 
13.  38207  dr. Matej Holc  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2015 - 2021  20 
14.  53768  dr. Petr Humpoliček  Živalska produkcija in predelava  Raziskovalec  2019 
15.  34439  dr. Gregor Jakša  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2015 - 2016  37 
16.  28480  dr. Ita Junkar  Medicina  Raziskovalec  2015 - 2021  285 
17.  12616  dr. Darinka Kek Merl  Materiali  Raziskovalec  2015 - 2016  129 
18.  35588  Urška Kisovec    Tehnični sodelavec  2017 - 2021 
19.  52048  dr. Martin Košiček  Elektronske komponente in tehnologije  Mladi raziskovalec  2018 - 2021  26 
20.  15703  dr. Janez Kovač  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2015 - 2021  670 
21.  53199  dr. Kinga Kutasi  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2019 
22.  53287  dr. Marian Lehocky  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2019 - 2021  39 
23.  52435  Eva Levičnik    Tehnični sodelavec  2019 - 2020  10 
24.  52051  dr. Dane Lojen  Elektronske komponente in tehnologije  Mladi raziskovalec  2018 - 2021  13 
25.  39474  Nastja Mahne  Materiali  Mladi raziskovalec  2017 - 2021  13 
26.  15602  Damjan Matelič    Tehnični sodelavec  2015 - 2021 
27.  32159  dr. Martina Modic  Medicina  Raziskovalec  2015 - 2021  164 
28.  10429  dr. Miran Mozetič  Elektronske komponente in tehnologije  Vodja  2015 - 2021  1.348 
29.  54391  Jaka Olenik    Tehnični sodelavec  2021 
30.  26463  dr. Matjaž Panjan  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2015 - 2021  214 
31.  09090  dr. Peter Panjan  Materiali  Raziskovalec  2015 - 2021  792 
32.  29536  dr. Srečko Paskvale  Materiali  Raziskovalec  2015 - 2016  47 
33.  52423  dr. Domen Paul  Elektronske komponente in tehnologije  Mladi raziskovalec  2019 - 2021  21 
34.  54940  dr. Dean Popović  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2020 - 2021 
35.  33326  dr. Gregor Primc  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2015 - 2021  260 
36.  34451  dr. Nina Recek  Biotehnologija  Raziskovalec  2015 - 2021  85 
37.  37482  dr. Matic Resnik  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2015 - 2021  52 
38.  53463  dr. Pia Starič  Medicina  Mladi raziskovalec  2019 - 2021  53 
39.  39921  Uroš Stele    Tehnični sodelavec  2018 - 2021 
40.  52409  Petra Stražar  Materiali  Tehnični sodelavec  2019 - 2020  21 
41.  52497  Maja Šukarov    Tehnični sodelavec  2019 - 2021 
42.  17622  Janez Trtnik    Tehnični sodelavec  2015 - 2021  18 
43.  20048  dr. Alenka Vesel  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2015 - 2021  686 
44.  31618  dr. Rok Zaplotnik  Elektronske komponente in tehnologije  Raziskovalec  2015 - 2018  294 
45.  51793  Mark Zver  Biotehnologija  Mladi raziskovalec  2020 - 2021  14 
Organizacije (1)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  89.976 
Povzetek
Neravnovesna stanja plinov bomo izkoristili za krojenje lastnosti površin in tankih plasti. Srednje in močno ionizirane plinske plazme bomo uporabili za nanos tankih plasti z želenimi funkcionalnimi lastnostmi. Za vzbujanje plazme bomo uporabili plinske razelektritve v magnetnem polju, posebej še močnostne pulzne magnetronske razelektritve. S konceptom »supermodulus« bomo povečali nanotrdoto nanoplastnih struktur AlTiN/TiN, za hkratno povečanje žilavosti pa nanesli kovinske vmesne plasti. V kompozitni prevleki nc-TiN+a-Si3N4 bomo natančno raziskali nanokristalinično fazo v smislu sestave in velikosti zrn. Osnovnim prevlekam bomo dodajali majhne količine legirnih elementov za različne specifične namene, npr. krom (za zmanjšanje sprijemanja), vanadij (za zmanjšanje trenja) in itrij (za izboljšanje oksidacijske obstojnosti). Na ta način bomo sistematično ovrednotili izbrane ternarne in kvarternarne sisteme prevlek, npr. CrxAlyV1–yN. Močno ionizirane plazme bomo uporabili tudi za raziskave obnašanja materialov, ki so v stiku z vročo plazmo v sodobnih fuzijskih reaktorjih. Za krojenje površin organskih materialov bomo uporabili šibko ionizirano plinsko plazmo. Raziskovali bomo metode optimizacije sklopitve med plazmo in generatorji, pri čemer bomo posebno pozornost namenili metodam za izboljšanje energetske učinkovitosti. Za vzbujanje plazme bomo uporabili brez-elektrodne visokofrekvenčne razelektritve, pri čemer bomo poskusili doseči do 50% izkoristek za prenos moči generatorja v disociacijo molekul reaktivnih plinov – kisika, vodika, dušika, amonijaka in vodne pare. S tako pripravljenimi radikali bomo krojili površinske lastnosti organskih materialov, pri čemer bomo posebno pozornost posvetili metodam za dosego enakomerne funkcionaliziranosti poroznih materialov kot so monoliti za filtriranje bioloških tekočin, podlage za rast bioloških tkiv, umetne žile in polimerne žilne opornice, materiali, ki se uporabljajo kot povoji za rane, posebej diabetične, in tekstil z zahtevanimi funkcionalnimi lastnostmi. Poleg nizkotlačne plazme in porazelektritve bomo raziskovali tudi neravnovesne atmosferske plazme, ki jih bomo ustvarili z nizkoenergijskimi močnostnimi razelektritvami, kot na primer plazemske kroglice. Z njimi bomo obdelovali biološke celice in tkiva, pri čemer bomo preiskovali korelacije med jakostjo električnega polja pred ionizacijskim čelom kroglic in apoptozo oziroma nekrozo kancerogenih celic. Tako nizkotlačno kot atmosfersko plazmo bomo uporabili tudi za raziskave mehanizmov rasti enodimenzionalnih nanomaterialov na anorganskih podlagah. Lastnosti površin in tankih plasti bomo preiskovali z ustreznimi tehnikami, ki so na voljo v naših laboratorijih (SEM, TEM; AFM, EDX, XPS, ToF-SIMS, AES) pa tudi na sodobnih sinhrotronih, posebej Elettra v Bazovici pri Trstu in Soleil v Orsayu pri Parizu.
Pomen za razvoj znanosti
Ključne znanstvene rezultate pričakujemo na naslednjih znanstvenih področjih: 1.  Energijska učinkovitost razelektritev za proizvodnjo radikalov. V literaturi nismo zasledili sistematičnih meritev tega zelo pomembnega parametra, tako da si obetamo izjemnih dosežkov. Uporaba komplementarnih tehnik kot so inovativni uskladitveni členi, meritve razelektritvenih parametrov in sprotno merjenje koncentracije radikalov bo omogočila natančno določitev energijske učinkovitosti v smislu energije, ki jo je potrebno vložiti za proizvodnjo določene količine radikalov. 2. Obnašanje plazemskih parametrov pri prehodih med E in H načinoma. Kljub temu, da so raziskovalci po svetu opravili tovrstne raziskave že pred desetletjem, je ta znanstvena niša še vedno izredno aktualna, saj praktično vsa literatura poroča rezultate za žlahtne pline pri nizkih tlakih. Za dosego optimalnih lastnosti površin pa je potrebno uporabiti reaktivne pline pri povišanem tlaku. Tovrstnih člankov v literaturi ni zaslediti. Pravzaprav je prvi članek o obnašanju atomarnega kisika pri tem prehodu delo naših raziskovalcev – članek v reviji EPL 2011. v okviru predlaganega programa bomo opravili sistematične raziskave za pline kot so vodik, dušik in amonijak. Pravkar razvite posebne mikrovalovne sonde bodo omogočile natančno določitev prepovedanega območja moči, kar je tudi noviteta v svetovnem merilu, zaradi česar lahko pričakujemo objavo člankov v uglednih specializiranih revijah. 3. Glavni koncept današnje znanosti o tankih plasteh je, kako razumeti odnos med parametri nanašanja in lastnostmi plasti. S tem znanjem lahko načrtujemo nove tankoplasne strukture in celo vnaprej predvidimo njihove lastnosti. Sodobni prispevek je ustrezni dizajn mikrostrukture oz. nanostrukture ob tem, da ostane povprečna kemijska sestava nespremenjena. Če vzamemo za osnovo klasično, dobro znano enoplastno prevleko TiAlN, lahko razvijemo nanoplastne in nanokompozitne strukture, ki obsegajo iste tri elemente, toda z močno drugačnimi lastnosti. Glavni povdarek je torej v razvoju »orodij« v nanoznanosti, kjer malenkostna sprememba, denimo nekaj več enoatomskih plasti, povzroči znatno spremembo v makroskopskih lastnostih. Ni pa to edini znanstveni izziv, kako razviti in nanesti specifične prevleke, temveč tudi, kako izmeriti njihove lastnosti in kako te ugotovitve interpretirati. Razvoj sodobnih tankoplastnih struktur tako pomembno prispeva k področju sodobnih materialov in nanoznanosti. 4. Enodimenzionalna rast nanožic kovinskih oksidov. To je trenutno vroča tema plazemske nanoznanosti tako da ne preseneča dejstvo, da so naši članki iz tega področja daleč najbolj citirani. Kljub temu, da se raziskovalci s to tematiko ukvarjajo že desetletje, še vedno ni na voljo splošno uveljavljene teorije mehanizmov rasti. V okviru predlaganega programa bomo uporabili sistematične raziskave, s katerimi bomo poskusili vsesplošno potrditi našo hipotezo, po kateri je za izjemno usmerjeno rast kovinskih oksidov odgovorno zelo močno in izjemno anizotropno električno polje, ki se ustvari na meji med plazmo in oksidiranimi izboklinami. 5. Plazemska medicina. To je verjetno trenutno najbolj vroče področje plazemske znanosti, saj se pričakujejo izjemno odmevni rezultati na področju razvoja alternativnih tehnik za zdravljenje ključnih bolezni sodobne družbe, kot so rak, diabetes in kardiovaskularna obolenja. S tem področjem se ukvarjamo že nekaj let in prav s tega področja smo objavili tudi največ patentnih prijav. V okviru predlaganega programa želimo natančno raziskati vlogo električnega polja pri obdelava karcinogenih celic s plazemskimi kroglicami. Načrtujemo odkritje pomembnih korelacij med lokaliziranim električnim poljem, ki nastane zaradi širitve ionizacijskega čela, in apoptozo oziroma nekrozo kancerogenih celic. Delo bomo opravili v sodelovanju z plazemskima nanomedicinskima centrom v Nagoyi in Washingtonu. 6.  Plazemska modifikacija poroznih materialov za uporabo v biologiji in medicini
Pomen za razvoj Slovenije
Domala vse aktivnosti naše raziskovalne skupine so usmerjene k uporabi plazemskih tehnologij v slovenski industriji. Izkušnje kažejo, da je uspešen transfer znanja mogoč zgolj v kolikor razpolagami s poglobljenim razumevanjem bazičnih procesov, ki so osnova tehnologij. V zvezi s tem je nujno potrebno opraviti bazične raziskave na področju interakcije plinske plazme s površinami trdnih snovi. Rezultati bazičnih raziskav predstavljajo čvrsto osnovo za aplikativne raziskave, rezultati le-teh pa za industrijski razvoj. Programska skupina je v zadnjih letih razvila različne tehnologije, ki se masovno uporabljajo v proizvodnji in v okviru predlaganega projekta nameravamo te aktivnosti še razširiti.   Posebnost naše skupine je lasten razvoj namenskih plazemskih reaktorjev industrijske velikosti. Primer takšnega reaktorja v naših laboratorijih je bil prikazan na TV dnevniku http://4d.rtvslo.si/arhiv/prispevki-in-izjave-dnevnik/174268434. Mnogi reaktorji te ali večje velikosti so nameščeni pri različnih industrijskih partnerjih. Slovensko podjetje Kolektor Idrija na primer uporablja plazmo za procesiranje kolektorjev, bencinskih črpalk. Po trenutni oceni več kot 70% novo izdelanih avtomobilov po svetu uporablja to komponento. Ustrezna tehnologija je na voljo zgolj v Idriji, zaščitili pa smo jo s patenti v EU, ZDA, na Japonskem, Kitajskem, Koreji, Mehiki in Braziliji, torej vseh največjih državah proizvajalkah avtomobilov. Za ta dosežek smo prejeli Puhovo priznanje. Originalni patent je dosegljiv na http://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument?FT=D&date=20080116&DB=EPODOC&locale=si_si&CC=EP&NR=1828434B1&KC=B1&ND=4. Pomemben del naših aktivnosti v okviru predlaganega programa je prav razvoj metod za optimizacijo energijske učinkovitosti plazemskih reaktorjev. Rezultate bazičnih raziskav bomo s pridom uporabili pri kasnejšem razvoju nove generacije plazemskih reaktorjev, ki se bomo odlikovali z izredno energijsko učinkovitostjo, s čimer bodo imeli naši industrijski partnerji prednost pred konkurenco.   Trde zaščitne prevleke so danes eden stebrov sodobne orodjarske industrije. Učinki uporabe prekritih orodij so večplastni: večja produktivnost, možnost obdelave težko obdelovalnih materialov, visokohitrostna obdelava, povečana obstojnost orodij, večja kakovost izdelka ter zmanjšanje izmeta, manjša poraba hladilno-mazalnih tekočin in strateških materialov; ter na koncu – nižji stroški. Sodobne orodjarne torej stalno stremijo k izboljšanim prevlekam za specifične aplikacije, kar je povezano s stalnim pritiskom k nižjim stroškom in strožjimi zahtevami (tako s strani kupca kot s strani regulative). Vsaka sodobna družba potrebuje orodja, ki jih izdelujejo orodjarne, le-te pa potrebujejo podporo za reševanje specifičnih problemov zaščite površin. To se razteza od standardnega servisiranja – nanašanja prevlek, do zahtevnejšega svetovanja o razvoju tehnologij, analize obrabe, preprečevanja obrabe ter razreševanja reklamacijskih zahtevkov. V Sloveniji je zelo dobro razbita avtomobilska industrija z vrsto srednje velikih orodjarn. So premajhne, da bi si lahko privoščile lasten obsežen, sodoben razvoj, toda obenem dovolj majhne, da se lahko hitro prilagodijo zahtevam trga. V okviru te programske skupine ima Odsek za tanke plasti in površin Instituta »Jožef Stefan« 30-letne izkušnje z razvojem trdih prevlek in njihovim uvajanjem v slovensko industrijo. Mnogi projekti z industrijskimi partnerji (tako znanstveni aplikativni kot golo industrijski) so dokaz, da industrija potrebuje podporo s tega področja.   Na tem mestu velja omeniti tudi posredni pomen raziskav za razvoj Slovenije. Gre za raziskave, ki jih bomo opravili na področju plazemske medicine. Bazične raziskave interakcije plazemskih radikalov z obdelovanci bodo omogočile pridobitev kritičnih znanj za razvoj ustreznih tehnoloških postopkov. Gre za metode stabilne funkcionalizacije poroznih materialov, za katere uporabo se zanimajo podjetja, kot so Bia Separations, Mikroik
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2015, vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2015, vmesno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno