Projekti / Programi
01. januar 2015
- 31. december 2019
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P260 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: elektronska struktura, električne, magnetne in optične lstnosti, supraprevodniki, magnetna rezonanca, relaksacija, spektroskopija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
kvazikristali, analitska elektronska mikroskopija, modeliranje, funkcionalno gradientni materiali, fuzija
Raziskovalci (49)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
85.573 |
Povzetek
Predlagani raziskovalni program ohranja vsebinsko usmeritev v raziskave in razvoj novih in izboljšanih materialov za uporabo v energetiki, biomedicini in elektroniki, pa tudi raziskovalne metode, ki bodo temeljile na modeliranju, sodobnih metodah procesiranja, študiju naravnih procesov in analizi mikrostrukture naravnih in sintetičnih materialov. Program ohranja strukturiranost z delitvijo raziskav na tri glavne skupine materialov: kovine in intermetalne zlitine za najbolj napredna in aktualna področja uporabe v elektroniki, biomedicini in okolju prijaznih tehnologijah; keramični materiali in kompoziti za uporabo v elektroniki, biomedicini in v ekstremnih razmerah; naravni in sintetični minerali za študij fenomenov rasti monokristalnih sistemov.
Del raziskovalne vsebine bo obsegal raziskave strukture, kemijske sestave in specifičnih fizikalnih lastnosti nanostrukturnih materialov v različnih pojavnih oblikah (1D, 2D, 3D). Na osnovi pridobljenih rezultatov bomo razvijali materiale za specifične aplikacije.
Širše področje materialov za uporabo v energetiki zajema dve osnovni skupini: intermetalne zlitine in keramične materiale. Na področju intermetalnih zlitin bomo nadaljevali dosedanje uspešne raziskave trajnih magnetov in magnetokaloričnih materialov. Osnovne raziskave intermetalnih zlitin vključujejo tudi kvazikristale; v okviru skupne raziskave z Institut Jean Lamour, Nancy (Mednarodni združeni laboratorij - LIA PACS2) bomo študirali osnovne karakteristike novih materialov v viziji uporabnosti njihovih odličnih površinskih lastnosti.
Druga skupina materialov za energetiko je namenjena uporabi v bodočih fuzijskih reaktorjih, kjer zelo uspešno sodelujemo že 10 let.
V širše področje raziskav materialov za uporabo v medicini, ki prav tako zajema tako kovinske zlitine kot keramične materiale, se vključujemo z razvojem vsadkov in ogrodij za regeneracijo trdih in mehkih tkiv ter nanodelcev za ciljan prenos zdravilnih učinkovin. Ciljana dostava in izločanje nanodelcev bosta doseženi z biosenzorji na osnovi urejenih nanožic z visoko specifično površino ter z več segmentno strukturo sestavljeno iz magnetnih in optičnih segmentov na nm nivoju.
Tretje obsežno področje naših raziskav je usmerjeno k materialom za uporabo v elektroniki, in sicer na področju energetike, okolja in izboljšanja kvalitete življenja.
Osnovni del našega raziskovalnega programa se v veliki meri posveča raziskavam strukturnih fenomenov v naravnih mineralih v povezavi z njihovim vplivom na rast kristalov, ki sinergijsko povezuje predlagane raziskovalne tematike in dejavnosti skupine. V to dejavnost uvrščamo tudi uvajanje in razvoj različnih metod elektronske mikroskopije.
Pomemben del naših raziskav je podprtih z modeliranjem kot podpori eksperimentalnih dejavnosti.
Predlagani program zajema najnaprednejše raziskave, ki bodo v področje novih tehnologij in materialov bodočnosti pritegnile mlajšo generacijo znanstvenikov in promovirale slovensko in evropsko znanost v prednostni položaj.
Pomen za razvoj znanosti
Poznavanje zakonitosti med strukturo in kemijsko sestavo nanostruktur na nano- in atomarnem nivoju s posledičnimi fizikalnimi lastnostmi je pomembno za razvoj znanosti in predpogoj za razvoj nanostruktur za nove tehnološke aplikacije.
Koncept kemijsko induciranih faznih transformacij v kristaliničnih snoveh je inovativen pristop k razumevanju atomarnih principov faznih transformacij in z njimi povezane rasti kristalov, pri čemer je naša skupina ena vodilnih v svetu. Te raziskave predstavljajo temeljni prispevek k osnovnemu znanju s področja termodinamike in kinetike procesov med nukleacijo kristalov na atomarnem nivoju, ki ni pomemben le za razumevanje procesov kristalizacije, ampak ponuja tudi izjemne možnosti na področju razvoja novih funkcionalnih materialov z zanimivimi fizikalnimi lastnostmi.
Vsak del predlaganega raziskovalnega programa pomeni specifičen prispevek k razvoju znanosti na področju materialov za energijo, medicino, okolje in višji kvaliteti življenja.
Povezava med magnetokristalno anizotropijo in koercitivnostjo pomeni eno od najbolj pomembnih, vendar najmanj razumljenih lastnosti trajnih magnetov. Končno razumevanje povezave med mikrostrukturo in končnimi lastnostmi visokoenergijskih magnetov bi pomenilo ne le izjemen znanstveni doprinos temveč bi imelo tudi ogromen vpliv na energijo in okolje; najpomembnejša uporaba močno izboljšanih trajnih magnetov je v električnih in hibridnih avtomobilih ter vetrnih elektrarnah. Najdba primernega materiala, ki bi zamenjal zelo drag Gd, bi pomagala inženirjem izdelati magnetni hladilnik. Prav tako bo raziskava pripomogla boljšemu razumevanju razlik, ki nastopijo pri direktni in indirektni meritvi ?Tad in pri bolj natančnem izračunu na osnovi indirektnih meritev.
Razvoj novih magneto-optičnih inovativnih tehnologij, bo omogočil začetek novega raziskovalnega področja t.i. materialov za zdravje in okolje, kar bo vodilo v nov val vrhunskih raziskav v Sloveniji in v EU.
Raziskave novih, izboljšanih, postopkov priprave strukturnih materialov vodijo po eni strani v postopen napredek razvoja materialov, ki so nujni za pridobivanje električne energije v fuzijskih reaktorjih, hkrati pa pridobljena znanja prispevajo k nadaljnjemu izboljšanju ali razvoju novih materialov za uporabo v strojništvu, elektrotehniki itd.
Znanja, pridobljena v okviru raziskav biorazgradljivih kompozitov, bodo prispevala k hitrejšemu razvoju in implementacije tkivnega inženirstva.
Raziskave na področju ZnO keramike bodo prispevale k celovitemu razumevanju vpliva različnih postopkov priprave in dopantov kot so oksidi Ag, In, Ga, Fe, Co, Al, Y, Nd, Bi, Ce, Mn, Nb in drugi na naravo mej med zrni, koncentracijo nosilcev naboja in strukturne defekte, ki vplivajo na električno in termično prevodnost, kar vse je pomembno za izboljšanje lastnosti materialov za različne energijske, senzorske in optoelektronske naprave.
Primarni pomen modeliranja je podpora eksperimentalnih dejavnosti. Novi materiali z novimi lastnostmi so v prvi vrsti pomembni za napredek tehnologije, prispevajo pa tudi k globljemu razumevanju zakonov, ki jih je potrebno upoštevati pri snovanju in omogočajo ali preprečujejo določene lastnosti.
Pomen za razvoj Slovenije
Predlagani raziskovalni program je primarno usmerjen k ohranjanju in izboljšanju kvalitete življenja. Z razvojem nadomestnih materialov in tehnologij za zamenjavo okolju neprijaznih elementov in postopkov bomo prispevali k čistejšemu in bolj zdravemu okolju. Z naraščajočim zavedanjem energetske problematike in problema varovanja okolja je velik izziv za raziskovalno skupino v iskanju in razvoju novih in izboljšanih materialov in tehnologij, ki bodo usmerjene k zmanjševanju porabe energije (n.pr. raziskave in razvoj visokoenergijskih trajnih magnetov za uporabo v električnih in hibridnih vozilih ter vetrnih elektrarnah, materiali z visokim magnetokaloričnim učinkom za magnetno hlajenje); hitrejši razvoj čistih, varnih in zanesljivih virov energije (n.pr. fuzija). Na področju visokoenergijskih trajno magnetnih materialov smo udeleženi v treh velikih evropskih projektih (dva koordiniramo) in preko partnerstva pomembno prispevamo k uspešni proizvodnji dveh slovenskih proizvajalcev magnetov, Kolektor Group in Magneti Ljubljana. Naša skupina bo v naslednjih 5 letih v okviru projekta EUROFUSION (Horizon 2020), ki se je začel januarja 2014, sodelovala v dveh podprojektih.
Z zmanjševanjem dimenzij pričnejo površinsko pogojene lastnosti prevladovati, kar lahko izkoristimo na področju zaznavanja nizkih koncentracij agensov v okolju, hrani ali v telesu. Z nadaljevanjem raziskav na področju medicinske uporabe nanodelcev s posebnimi lastnostmi za ciljan prenos zdravilnih učinkovin bomo pomembno prispevali k hitro rastočemu področju znanosti, ki je predvsem usmerjena v izboljšanje kvalitete življenja bolnikov z rakom. Izjemno hitro razvijajoče se področje znanosti je tudi področje biomaterialov in njihove uporabe v tkivnem inženirstvu, katerega cilj je obnova lastnega tkiva namesto zamenjave z implantati. Na tem področju smo aktivno vključeni v vrhunske raziskave preko evropske mreže COST NAMABIO.
Nadaljevali bomo z razvojem tudi drugih nanostrukturnih materialov za specifične tehnološke aplikacije. 1D nanostrukture za nanosenzorje za merjenje vlage, UV svetlobe in kisika; 2D nanostrukture za fotoanode v DSSC sončnih celicah in v fotokatalitskih (mikro)reaktorjih. Z vnosom 3D nanostruktur v osnovno strukturo termoelektričnih oksidnih materialov pa bomo izboljšali faktor kvalitete termoelektričnih materialov.
Funkcionalne lastnosti materialov na osnovi ZnO bomo še naprej uspešno usmerjali v smeri uporabe v energiji, izboljšave kvalitete okolja in življenja. Nadaljevali bomo z raziskavami za njihovo uporabo v prednapetostnih zaščitah, spintroniki, za izdelavo termoelektrikov, za energijske mikro generatorje in senzorje, v fotovoltaiki in v optoelektroniki. Na tem področju ves čas zelo uspešno sodelujemo tudi pri prenosih v proizvodnjo s tovarnama Varsi in Iskra Zaščite.
Raziskave mineralov ne bodo samo pomagale pri razumevanju osnovnih principov kristalov, temveč bodo tudi v bodoče prispevale k ohranjanju slovenskega naravnega bogastva na področju mineralogije v obliki zbirk in tiskanih publikacij, dostopnih širši javnosti.
Čeprav bomo razvijali in uporabljali napredne tehnologije za izdelavo novih in izboljšanih materialov, se bomo prednostno osredotočili na tehnologije z visokim potencialom prenosa v proizvodnjo in bomo poleg že obstoječih industrijskih partnerjev iskali tudi nove.
Programska skupina »Nanostrukturni materiali« je povezana v številne mednarodne raziskovalne mreže in tako vidno prispeva k prepoznavanju slovenske znanosti.
Poleg sodelovanja v mnogih mednarodnih projektih je skupina stalno povezana z domačo industrijo n.pr. Varsi, Iskra Zaščite Ljubljana, Kolektor Group, Magneti Ljubljana, Cinkarna Celje, CDT-R d.o.o., Kropa ter številnimi drugimi podjetji tudi pri podpori razvojnega dela in proizvodnih procesov z analizami z elektronsko mikroskopijo.
Skupina tvorno sodeluje pri izobraževanju dodiplomskih in podiplomskih študentov (mladih raziskovalcev), kar je izjemnega pomena za širitev strokovne in inženirske prak
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo,
zaključno poročilo
