Projekti / Programi
Elektronska keramika, nano, 2D in 3D strukture
01. januar 2015
- 31. december 2021
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.09.00 |
Tehnika |
Elektronske komponente in tehnologije |
|
| 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 |
| 2.02 |
Tehniške in tehnološke vede |
Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring |
materiali, strukture, elektronika, feroelektriki, piezoelektriki, elektrokaloriki, transparentna elektronika, tiskanje, tanke plasti, debele plasti, mikrosistemi, senzorji, numerično modeliranje
Raziskovalci (41)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
85.573 |
Povzetek
Cilj raziskav programske skupine, ki deluje v okviru Odseka za elektronsko keramiko IJS, je pridobivanje, uporaba in posredovanje znanja na določenih področjih keramičnih materialov, ki večinoma opravljajo več funkcij, ter procesov in tehnologij, uporabnih v elektroniki, medicinski diagnostiki in energetiki.
V okviru raziskav novih materialov ali materialov z izboljšanimi lastnostmi, in sicer piezo- in feroelektrikov in relaksorjev, ter materialov za prozorno elektroniko je naš cilj razumevanje vpliva sestave, strukture in mikrostrukture na funkcijske lastnosti. Na področju piezoelektrikov brez svinca bomo raziskovali plastne strukture kalijevega natrijevega niobata za senzoriko in zbiranje energije. Prispevali bomo k razvoju piezoelektrikov z visoko temperaturo delovanja () 200 oC) na osnovi BiFeO3, kjer je poudarek na razumevanju zveze med prevodnostjo domenskih sten in makroskopskim piezoelektričnim odzivom. Na področju elektrokalorikov je naš namen odkriti povezavo med kemijsko sestavo, mikrostrukturo, dielektrično trdnostjo in spremembo temperature, ki jo izbrani material lahko doseže pod vplivom električnega polja. Med materiali za prozorno elektroniko se bomo posvetili predvsem raziskavam dielektrikov in prevodnih oksidov p-tipa za prozorne elektronske komponente in senzorje.
Raziskovali bomo osnove procesov in tehnologij, kot so sinteza (nano)-delcev, priprava volumenske keramike, tankih in debelih plasti, ter oblikovanje diskretnih struktur, priprava komponent prozorne elektronike, debeloplastnih senzorjev fizikalnih veličin, in mikrosistemov: kemijskih in mikroelektromehanskih sistemov (MEMS) na osnovi keramike z nizko temperaturo žganja ('Low Temperature Cofired Ceramics' - LTCC). Naš namen je prispevati k razumevanju mehanizmov nekaterih procesov, kot so mehanokemijska sinteza, sinteza v trdnem stanju, sežigalna sinteza, sinteza tankih plasti iz raztopin pri nizkih temperaturah, brizgalno tiskanje tako raztopin kot disperzij koloidnih delcev, sintranje diskretnih struktur na podlagah, in temeljnih problemov zmanjševanja dimenzij in integracije keramičnih materialov.
Naše poslanstvo je biti odlična raziskovalna skupina na področju raziskav materialov in struktur za elektroniko in energetiko, ki povezuje svoje delo s komplementarnimi skupinami na področju fizike, elektronike in strojništva doma in v tujini. Poleg tega želimo biti učinkovita vez med akademsko sfero in industrijo, in biti čim bolj udeleženi pri izobraževanju na vseh stopnjah.
Pomen za razvoj znanosti
Pomen raziskovalnega programa za razvoj znanosti vidimo na naslednjih področjih:
Novi materiali ali materiali z izboljšanimi lastnostmi, in sicer piezo- in feroelektriki in relaksorji, ter materiali za prozorno elektroniko (dielektriki, prevodni oksidi): razumevanje vpliva sestave, strukture in mikrostrukture na funkcijske lastnosti.
Prispevek k razumevanju mehanizmov nekaterih procesov, kot so mehanokemijska sinteza, sinteza v trdnem stanju, sežigalna sinteza, sinteza tankih plasti iz raztopin pri nizkih temperaturah, brizgalno tiskanje tako raztopin kot disperzij koloidnih delcev, sintranje diskretnih struktur na podlagah.
Razumevanje temeljnih problemov zmanjševanja dimenzij in integracije keramičnih materialov: primerjava lastnosti volumenske keramike, debelih, tankih plasti in diskretnih struktur, razmejitev med intrinzičnimi in ekstrinzičnimi lastnostmi.
Navajamo nekaj raziskovalnih tem:
-Pomanjkanje znanja o točkovnih napakah v tankih plasteh piezoelektrikov na osnovi alkalijskih niobatov in vplivu le-teh na funkcijske lastnosti zmanjšuje možnost njiohve uporabe v MEMSih. Predlagamo inovativen način kontrole defektne kemije alkalijskih niobatov s kombinacijo dodatka prebitka alkalij, akceptorskega dopiranja ter natančno kontrolo parcialnega tlaka kisika med segrevanjem.
-Poseben poudarek pri raziskavah visokotemperaturnega piezoelektrika BiFeO3 bo na razumevanju vpliva prevodnosti domenskih sten na makroskopski piezoelektrični odziv materiala. Preverili bomo, če zveza velja tudi za ostale perovskitne feroelektrike.
-Velika ovira za praktično uporabo elektrokaloričnega (EK) pojava so premajhne EK spremembe temperature, ki jih lahko dosežemo v volumenski keramiki. Pri raziskavah (EK) pojava pri relaksorskih feroelektrikih na osnovi kompleksnih svinčevih perovskitov je naš namen odkriti povezavo med kemijsko sestavo, mikrostrukturo, dielektrično trdnostjo in spremembo temperature, ki jo izbrani material lahko doseže pod vplivom električnega polja.
-Načrtovanje kemijske sestave tekočin za brizgalno tiskanje struktur za prozorno elektroniko debelin nekaj 10 nm z namenom, da bi dosegli strukture z želeno geometrijo in s čim bolj enakomerno debelino in mikrostrukturo ter dobrim funkcijskim odzivom.
-Načrtovanje lastnosti suspenzij na vodni osnovi (kemijska sestava, velikost in porazdelitev delcev, stabilnost, reološke lastnosti) ter optimizacija pogojev priprave debeloplastnih struktur na keramičnih podlagah (brizgalno tiskanje, sitotisk, elektroforetska depozicija) z namenom pripraviti piezoelektrične strukture z želeno geometrijo in kemijsko sestavo, homogeno mikrostrukturo ter čim boljšo lateralno resolucijo za izbrano tehnologijo (od nekaj µm do nekaj 10 µm).
Pomen za razvoj Slovenije
Po našem mnenju je raziskovalni program Elektronska keramika, nano, 2D in 3D strukture pomemben za Slovenijo iz naslednjih razlogov. Skupina je nosilka raziskav in razvoja na področju keramičnih materialov in struktur za elektroniko ter keramičnih mikrosistemov, tako kemijskih kot mikro-elektro-mehanskih sistemov (C-MEMS). Rezultati raziskav so vir znanja za aplikativne in razvojne projekte. Skupina dobro sodeluje z vrsto slovenskih podjetij, omenjamo HIPOT-RR, KEKO Oprema, KEKON, KEKO Varicon, HYB, ETI Elektroelement, BSH, LPKF. Omeniti velja, da programska skupina z družbo HIPOT-RR (ena izmed naslednic podjetja Iskra Elementi) sodeluje že od leta 1972 s vsakoletnimi pogodbami. V skupino je stalno vključenih nekaj sodelavcev, ki so zaposleni v industriji (HIPOT-RR, HYB, KEKO-Oprema), kar se je izkazalo za zelo učinkovito pri prenašanju rezultatov v industrijo.
Mikrosistemi so dimenzijsko majhni sistemi, ki poleg elektronske opravljajo še vrsto drugih funkcij, kot so: mehanske, elektromehanske, kemične. Keramični materiali kot gradniki mikrosistemov omogočajo izdelavo različnih 3D zaprtih in odprtih struktur, integracijo funkcionalnih materialov in komponent, so kemijsko odporni ter dimenzijsko in termično stabilni. Na področju keramičnih mikrosistemov se v Sloveniji s povezovalno vlogo Centra odličnosti NAMASTE ustvarja vrednostna veriga raziskovalnih skupin in podjetij: poleg naše skupine še Odsek za sisteme in vodenje na Institutu Jožef Stefan, Kemijski inštitut, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Fakulteta za elektrotehniko in Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani, HIPOT-RR, TC SEMTO, KEKO Oprema, KEKON in HYB.
Keramični senzorji tlaka so viden rezultat sodelovanja z družbo HYB v preteklem obdobju in nekateri izdelki so že v procesu trženja.
V okviru projekta MIZŠ za spodbujanje raziskovalcev na začetku kariere smo skupaj s podjetjem ETI Elektroelement začeli raziskovati pripravo in lastnosti silikatnih materialov na osnovi steatita in kordierita, izdelanih iz naravnih surovin, ki jih uporabljajo za izdelavo elektrotehniških elementov, z namenom zmanjšati nihanja v lastnostih izdelkov.
Podobno kot v prejšnjem obdobju bo raziskovalna skupina pozorna na pozitivne družbeno-ekonomske učinke svojega dela. Intenzivno sodelovanje z industrijo (večinoma z elektronsko in elektroindustrijo, ki je ena najpomembnejših gospodarskih panog v Sloveniji) se bo nadaljevalo in bo obsegalo: (i) vključevanje raziskovalcev in strokovnjakov iz podjetij v programsko skupino, kar ima obojestranske učinke (v začetku trije); (ii) prenos znanja, ki je reden proces in se izvaja s svetovanjem in ekspertnimi mnenji, vzgojo in izobraževanjem kadrov ter pretokom mladih raziskovalcev; (iii) izvajanje projektov in storitev po naročilu; (iv) sodelovanje v skupnih projektih. Povezovanje z drugimi RR skupinami je tudi pomembno, ne samo za doseganje kritične mase na nekaterih področjih, temveč tudi za povečanje izkoriščanja drage raziskovalno-razvojne infrastrukture. Visoko stopnjo doseganja ciljev v preteklem obdobju pripisujemo tudi intenzivnem sodelovanju z drugimi RR skupinami.
Sodelavci so vidni člani strokovnih društev v Sloveniji in Evropi in sodelujejo pri organizaciji različnih strokovnih dogodkov (konference, delavnice, …). Omenimo naj aktivno vlogo sodelavcev v strokovnem društvu MIDEM in v Tehnološkem centru SEMTO. Sodelujejo tudi pri oblikovanju Strategije pametne specializacije za Slovenijo.
Šest sodelavcev je habilitiranih na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana in aktivno sodelujejo pri izobraževanju študentov. Trenutno sta v skupino poleg mladih raziskovalcev vključena še doktorantka in magistrant iz industrije (DOMEL, ISKRA-Sistemi).
Skupina vzdržuje stik z vodilnimi laboratorji po svetu, kar se odraža v velikem številu vabljenih predavanj sodelavcev na mednarodnih konferencah in medsebojnih obiskih, ter nedvomno tudi v vključenosti v mednarodne projekte. S kolegi iz Evrope smo do maja 2014 oddali d
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
