Projekti / Programi
Heterogena površinska rekombinacija nevtralnih reaktivnih plazemskih delcev na nanostrukturiranem materialu
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.09.02 |
Tehnika |
Elektronske komponente in tehnologije |
Elektronske komponente |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P240 |
Naravoslovno-matematične vede |
Plini, dinamika tekočin, plazma |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
nanostrukture, katalitični material, rekombinacijski koeficient, plazma, izguba atomov, heterogena površinska rekombinacija
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
33326 |
dr. Gregor Primc |
Elektronske komponente in tehnologije |
Vodja |
2016 - 2017 |
0 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
18 |
Povzetek
Eksperimentalno bom raziskoval heterogeno površinsko rekombinacijo nevtralnih kisikovih in vodikovih atomov na naprednih nanostrukturiranih materialih, ki so primerni za implementacijo na laserskem optičnem katalitičnem senzorju. Obstoječi plazemski reaktor bom opremil z različnimi izvori atomov, kot je mikrovalovna razelektritev v surfatronskem načinu, s premično bakreno mrežico za nastavljanje gostote atomov neodvisno od razelektritvenih parametrov ter sistem za merjenje rekombinacijskih koeficientov po Smithovem modelu. Nanostrukturirane materiale, ki naj bi izkazovali superiorne rekombinacijske lastnosti, bom pripravil ali z anodno oksidacijo ali s plazemsko sintezo. S slednjo metodo bom ustvaril kovinsko-oksidne nanostrukture po naši patentno zaščiteni metodi. Poleg nanocevk ter nanožic z visokim presečnim razmerjem, bom sintetiziral tudi kovinsko-oksidne nanozidove, ki jih bom obdelal z nevtralnimi kisikovimi in vodikovimi atomi ter preveril njihovo stabilnost pri povišanih temperaturah. Sistematično bom pri različnih temperaturah (od sobne temperature pa do 1000 K) ter različnih pretokih nevtralnih atomov na nanostrukturiran katalizator določil rekombinacijske koeficiente oksidov železa, niklja, titana ter paladija. V neposredni bližini katalizatorja bom z različnimi položaji bakrene mrežice nastavljal gostoto atomov. Kakršnokoli tlačno odvisnost rekombinacijskega koeficienta bom določil iz meritev, ki jih bom izvajal pri tlakih od 10 Pa do 1000 Pa pri konstantni gostoti atomov. Gostoto atomov bom s premično bakreno mrežico, ki služi kot ponor atomov, nastavljal neodvisno od gostote atomov v mikrovalovni razelektritvi. Raziskal in obrazložil bom kakršnokoli reverzibilno ali ireverzibilno spremembo rekombinacijskega koeficienta glede na temperaturo katalizatorja. Sintetizirane oksidne nanostrukture bom reduciral v vodikovi plazmi. Preučil bom redukcijo oksida v odvisnosti od temperature katalizatorja ter morfološko stabilnost po sami redukciji. Na tako obdelanih strukturah bom izvedel sistematične meritve rekombinacijskega koeficienta za vodikove atome, ter enak postopek prenesel še na atome kisika. Izvedene meritve bodo razkrile materiale z različno katalitično aktivnostjo za kisikove in vodikove atome s čimer bom dobil informacijo o selektivnosti katalitičnega materiala v smislu detekcije atomov. Pridobljeni rezultati bodo predstavljali trden okvir za razvoj »multi-senzorja« (»multi-katalizatorja«) za merjenje gostote atomov v realnem času v procesnih plazmah, ki se uporabljajo v industriji. Inovativni senzor bo primeren za kontrolo procesov v naprednih ter okolju prijaznih tehnologijah, kot je aktivacija polimerov, selektivno jedkanje organskih snovi s kompozitnih materialov, kot tudi plazemsko čiščenje komponent v elektro in avtomobilski industriji.
Pomen za razvoj znanosti
Ključen doprinos podoktorskega projekta »Heterogena površinska rekombinacija nevtralnih reaktivnih plazemskih delcev na nanostrukturiranem materialu« k svetovni zakladnici znanja je razlaga za nenavadno obnašanje gostote atomov v neravnovesnem stanju plina, v katerem se nahaja nanostrukturiran material. Pregled literature kaže navidezen paradoks, saj so različni avtorji poročali o različnih vrednostih tega parametra za isti material. Paradoks sem pojasnil z ujetjem atomov v reže nanostrukturiranega materiala, do katerega pride zaradi dejstva, da je povprečna prosta pot plinskih delcev pod pogoji nizkega tlaka vselej bistveno večja od značilne lateralne razsežnosti rež. Atomi, ki zaidejo v režo, se pri površinskih trkih rekombinirajo z razmeroma majhno verjetnostjo, vendar pa po enem trku značilno ne zapustijo površine, ampak doživijo množico trkov znotraj reže preden dejansko zapustijo površino, tako da je v približku neskončnega števila trkov znotraj reže koeficient za vse materiale enak 1. V praksi seveda atomi ne doživijo toliko trkov, zaradi česar rekombinacijski koeficient postopno narašča z naraščajočo nanostrukturiranostjo in se asimptotično približuje vrednosti 1, ko gre razmerje med lateralno in vertikalno razsežnostjo rež proti 0. Tako povečevanje koeficienta vodi k zanimivim pojavom, ki so opisani v članku, objavljenem v ugledni reviji Composites science and technology (faktor vpliva 4,9), ki se ponaša z oznako A''.
Pomen za razvoj Slovenije
Projekt z naslovom »Heterogena površinska rekombinacija nevtralnih reaktivnih plazemskih delcev na nanostrukturiranem materialu« je prispeval k ugledu Slovenije v svetovni znanosti v specifičnem področju interakcije močno neravnovesnih stanj plina s površinami trdnih materialov. Usmeritev naših raziskav v to področje je posledica potreb slovenske industrije po znanju, ki je ključno za optimizacijo tehnoloških postopkov za plazemsko obdelavo izdelkov in polizdelkov za elektro, avtomobilsko in kemično industrijo. Naša industrija uporablja plazemske tehnologije za čiščenje in aktivacijo polimernih polizdelkov, selektivno jedkanje kompozitov in nanos tankih zaščitnih plasti. Pri tem se srečuje z množico problemov, ki bi jih lažje reševali z razumevanjem bazičnih procesov interakcije reaktivnih plazemskih delcev s površinami obdelovancev. Kljub temu, da gre za temeljni projekt, je rezultat neposredno uporaben za optimizacijo obstoječih procesov tako v smislu izboljšanja enakomernosti obdelave in s tem izboljšanja kakovosti izdelkov kot tudi v smislu zmanjšanja časa proizvodnega cikla. Oboje vodi k povečani konkurenčnosti izdelkov slovenske industrije na globalnem trgu in s tem posredno k dvigu dodane vrednosti na zaposlenega.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
