Page name: ARRSProjekti / 2021 / Več-kalorični elementi za okolju prijazne haldilne sisteme

Več-kalorični elementi za okolju prijazne haldilne sisteme

Nazaj na seznam za leto 2021


Oznaka in naziv projekta

N2-0212 Več-kalorični elementi za okolju prijazne haldilne sisteme

Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev

© Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije

Projektna skupina

Vodja projekta: prof. dr. Hana Uršič Nemevšek

Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS

Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS

Vsebinski opis projekta

Kompresijsko hladilna tehnika je stara več kot 200 let. Njena nizka učinkovitost je posledica velikega dela pri stiskanju plina, ki se nato razširi in odvzame toploto sistemu, ki ga je potrebno ohladiti. Večina domačih hladilnikov deluje pod 50% Carnotovega izkoristka. Druga težava pri današnjih hladilnikih je uporaba hladilnih sredstev, ki dokazano škodujejo podnebnim razmeram. Omenjeno nam daje nekaj predstave o "hladilnem" problemu, s katerim se dandanes sooča svet: imamo staro in neučinkovito tehnologijo, ki se ne more spoprijeti z velikanskimi zahtevami glede učinkovitosti, vpliva na okolje in miniaturizacije hladilnih naprav. Obetavna rešitev je uporaba hlajenja na osnovi kaloričnega pojava. Cilj projekta je razviti novo generacijo hladilnih elementov, ki v istem vzorcu kombinirajo elektrokalorični (EK) in magnetokalorični (MK) učinek (multikalorični učinki, kratko (E+M)C). To bo izvedeno na dva načina: pripravili bomo kompozitne in enofazne multikalorične elemente (cilj 1 in 2).

CILJ 1: pripraviti kompozitne (E+M)C elemente

Kompozitni multikalorični elementi bodo pripravljeni iz najboljših EK in MK materialov, kot so Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–PbTiO3 (PMN–PT), gadolinij, magnetokalorične zlitine ali magnetni oksidi. Do danes takšni kompoziti še niso bili pripravljeni, saj je zelo težko sintrati keramične okside in kovine skupaj pri visokih temperaturah. V tem projektu bomo to težavo rešili z uporabo nizkotemperaturne metode priprave kompozitov, in sicer z metodo nanašanja v aerosolu (AD). Metoda AD omogoča kombiniranje keramike, kovin in polimerov. S tem postopkom je mogoče pri sobni temperaturi pripraviti goste nekaj mikrometrov debele plasti. S to metodo bomo poskusili pripraviti različne kombinacije multikaloričnih kompozitnih elementov (kot so plastni kompoziti, mešani kompoziti in tako dalje).

CILJ 2: pripraviti enofazne (E+M)C elemente

Enofazne multikalorične elemente bomo pripravili s kemično modifikacijo najboljših multiferroičnih materialov. Začeli bomo s pripravo trdne raztopine in z uporabo ustreznega razmerja Pb(Fe0.5Nb0.5)O3 (PFN):BiFeO3 (BFO). Pripravljene materiale bomo nadalje kemijsko modificirali, da bomo zmanjšali električno prevodnost ter povišali magnetne lastnosti. Materiale bomo dopirali z manganom, da bomo znižali električno prevodnost. Nadalje bomo materiale modificirali z različnimi dopanti. V okviru projekta bomo optimizirali sestavo pripravljenega materiala ter izboljšali začetne kalorične lastnosti. Seveda bo potrebno vrsto in količino dodatka različnih dopantov ter postopek priprave materialov optimizirati.

Faze projekta in opis njihove realizacije

1. Priprava prahov: prva faza projekta je v izvajanju. Pripravljajo se prahovi na osnovi PMN-PT in PFN-BFO. Pripravili smo prahove PMN-10PT z različnimi velikostmi delcev ter jih z nanosom v aerosolu nanesli na podlage. Preučevali smo, kako lastnosti začetnega prahu vplivajo na depozicijo debelih plasti. Dognanja smo objavili v članku v reviji Acta Materialia.

2. Multikalorični kompoziti: druga faza projekta je v izvajanju. Sprva smo preučili možnost priprave večplastnih kompozitov keramika/kovina z metodo nanosa v aerosol. Raziskave smo objavili v reviji Materials. Nadaljevali bomo s preučevanjem priprave multikaloričnih kompozitov z metodo nanosa v aerosolu.

3. Priprava enofaznih multikalorikov: tretja faza projekta se začenja izvajati.

4. Upravljanje projekta: do sedaj sta objavljena 2 znanstvena članka (bibliografske reference spodaj).

Bibliografske reference

[1] Šadl Matej, Tomc Urban and Uršič Hana, Investigating the feasibility of preparing metal-ceramic multi-layered composites using only the aerosol-deposition technique. Materials, 2021, vol. 14 [COBISS.SI-ID 72970755].

[2] Šadl Matej, Condurache Oana, Benčan Andreja, Dragomir Mirela, Prah Uroš, Malič Barbara, Deluca Marco, Eckstein Udo, Hausmann Daniel, Khansur Neamul Hayet, Webber Kyle Grant and Uršič Hana, Energy-storage-efficient 0.9Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–0.1PbTiO3 thick films integrated directly onto stainless steel. Acta materialia, 2021, vol. 21 [COBISS.SI-ID 81773059].


Nazaj na seznam za leto 2021