Page name: ARRSProjekti / 2021 / Upogljivi elementi z multi-fizikalnimi lastnostmi

Upogljivi elementi z multi-fizikalnimi lastnostmi

Nazaj na seznam za leto 2021


Oznaka in naziv projekta

J2-3058 Upogljivi elementi z multi-fizikalnimi lastnostmi
J2-3058 Flexible elements with multi-physical properties

Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev

© Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije

Projektna skupina

Vodja projekta: Hana Uršič Nemevšek

Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS

Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS

Vsebinski opis projekta

Človeško telo je nenehno v gibanju in kot skoraj vse ostalo v okolju vsebuje poljubno ukrivljene, nepravilno oblikovane in gibljive površine. Upogljivi elektronski elementi lahko sprejmejo katero koli obliko, kar omogoča vrsto novih aplikacij, na primer elektronske obleke, prilagodljive prikazovalnike, nosljivo in vsadljivo medicinsko elektroniko ter prilagodljive senzorske mreže. Te prilagodljive elemente je mogoče izdelati na tankih folijah iz polimerov ali kovin, kar omogoča njihovo upogljivost in prožnost.

Svet se sooča z resnimi težavami povezanimi s hlajenjem, ki temelji na stari in neučinkoviti tehnologiji hlajenja s kompresijsko tehniko. Ena izmed rešitev rešitev za hlajenje/segrevanje je uporaba okolju prijaznega hlajenja na osnovi trdnih materialov, ki izkazujejo kalorični pojav. Ta nova tehnologija se lahko uporablja na področjih, kjer uporaba tehnologije kompresije hlapov ni možna, zlasti pri hlajenju majhnih elektronskih naprav in njihovih komponent.

Keramični dielektrični kondenzatorji lahko v kratkem času (tj. med µs in ms) absorbirajo in oddajajo močne napetostne ali tokovne impulze, zaradi česar so primerni za shranjevanje energije v elektronskih aplikacijah z impulzno močjo, ki jih lahko najdemo v medicinskih napravah, prevoznih sredstvih, letalski elektroniki in energetskih sistemih, na primer v fotovoltaiki. Med različnimi keramičnimi dielektričnimi materiali, goste debele plasti z debelino med mikronom in nekaj mikroni, izkazujejo do sedaj najobetavnejšo zmogljivost shranjevanja energije. V tem projektu bomo vse omenjene lastnosti združili v en element. Pripravili bomo funkcijske elemente, ki bodo upogljivi in prilagodljivi ter ​​bodo imeli sposobnost hlajenja in shranjevanja energije.

Funkcijske keramične plasti se tradicionalno pripravljajo pri temperaturah nad 900 °C. Pri tako visokih temperaturah številne kovine na zraku oksidirajo, stekla stopijo in polimeri popolnoma zgorijo. To nakazuje, da je združitev funkcijskih keramičnih plasti z materiali, ki so nestabilni pri visokih temperaturah izjemno težko, kar omejuje možnosti kombiniranja materialov ter posledično omeji funkcionalnost elementov. Tehnika nanosa v aerosolu temelji na mešanju koloidnih delcev v nosilnem plinom, kateri pospešijo do hitrosti nekaj 100 m·s−1, dokler curek aerosola ne zadane podlage, kot so kovinske, steklene, polimerne ali keramične površine. Gostota plasti pripravljenih s tehniko nanosa v aerosolu je običajno večja od 95% teoretične gostote materiala, kar pomeni, da dodatno zgoščevanje plasti s termično obdelavo ni potrebna. Tehnika nanosa v aerosolu je atraktivna metoda za združevanje keramičnih, kovinskih oz. polimernih materialov za tvorbo kompozitov iz običajno nezdružljivih materialov s pomočjo preprostega enostopenjskega tehnološkega procesa. Ravno ta zmožnost kombiniranja med seboj različnih nekompatibilnih materialov, omogoča izdelavo novih fleksibilnih multi-fizikalnih struktur z elektrokaloričnimi, piezoelektričnimi in magnetnimi lastnostmi ter z možnostjo shranjevanje energije.V raziskavi bomo obravnavali relaksor-feroelektrične materiale na osnovi (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–xPbTiO3 (PMN–100xPT).

Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani SICRIS.

Faze projekta in opis njihove realizacije

1. Faza: Razvoj upogljivih elektrokaloričnih elementov na osnovi PMN10PT z zmožnostjo shranjevanja energije

2. Faza: Razvoj upogljivih elementov z multi-fizikalnimi lastnostmi na osnovi PMN–35PT

3. Faza: Razvoj upogljivih »vse-v-enem« elementov z multi-fizikalnimi lastnostmi

Bibliografske reference

1. ŠADL, Matej, NADAUD, Kevin, BAH, Micka, LEVASSORT, Franck, ECKSTEIN, Udo, KHANSUR, Neamul Hayet, WEBBER, Kyle Grant and URŠIČ Hana. Multifunctional energy storage and piezoelectric properties of 0.65Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−0.35PbTiO3 thick films on stainless-steel substrates. J. Phys. energy, ISSN 2515-7655, 2022, vol. 4, no. 2, 024004-1- 024004-10, doi: 10.1088/2515-7655/ac5fd5 [COBISS.SI-ID 104197123]

2. NADAUD, Kevin, ŠADL, Matej, BAH, Micka, LEVASSORT, Franck and URŠIČ Hana. Effect of thermal annealing on dielectric and ferroelectric properties of aerosol deposited 0.65Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 -0.35PbTiO3 thick films. Applied physics letters, ISSN 0003-6951. 2022, vol. 120, no. 11, 112902-1-112902-6, doi: 10.1063/5.0087389 [COBISS.SI-ID 101448451]

3. MERSELMIZ, Soukaina, HANANI, Zouhair, PRAH, Uroš, SPREITZER, Matjaž, VENGUST, Damjan, URŠIČ NEMEVŠEK, Hana, FABIJAN, David, KUTNJAK, Zdravko, et al. Design of lead-free BCZT-based ceramics with enhanced piezoelectric energy harvesting performances. PCCP. Physical chemistry chemical physics: a journal of European Chemical Societies, ISSN 1463-9076, 2022, vol. 24, iss. 10, 6026-6036 [COBISS.SI-ID 102360579]

4. ECKSTEIN, Udo, ŠADL, Matej, DRAGOMIR, Mirela, URŠIČ NEMEVŠEK, Hana, et al. Room temperature deposition of freestanding BaTiOfilms. Journal of Materials Science, ISSN 0022-2461, 2022, vol. 57, str., 13264-13286, doi: 10.1007/s10853-022-07467-3. [COBISS.SI-ID 115783683]


Nazaj na seznam za leto 2021