Projekti / Programi
Vakuumska znanost in meroslovje za nove tehnologije: od napredne vakuumske toplotne izolacije do jedrske fuzije
01. januar 2020
- 31. december 2027
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.09.05 |
Tehnika |
Elektronske komponente in tehnologije |
Vakuumistika |
| 2.15.00 |
Tehnika |
Meroslovje |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P180 |
Naravoslovno-matematične vede |
Meroslovje, fizikalna instrumentacija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
| 2.02 |
Tehniške in tehnološke vede |
Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring |
vakuumska tehnologija, napredna dinamična vakuumska izolacija, električna mobilnost, jedrska fuzija, permeacija vodika, zadrževanje devterija, vakuumsko meroslovje, primarna statična ekspanzija, primarna dinamična ekspanzija, kvadrupolni masni spektrometer, helijev etalon netesnosti
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
25. junij 2024;
A3 za obdobje
2018-2022
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
189 |
1.689 |
1.366 |
7,23 |
| Scopus |
195 |
1.959 |
1.628 |
8,35 |
Raziskovalci (7)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
03975 |
dr. Igor Belič |
Računalniško intenzivne metode in aplikacije |
Raziskovalec |
2020 - 2021 |
2 |
| 2. |
55815 |
Victor Ganin |
Biologija |
Mladi raziskovalec |
2021 - 2024 |
0 |
| 3. |
03066 |
dr. Vincenc Nemanič |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2020 - 2024 |
0 |
| 4. |
04254 |
dr. Janez Šetina |
Elektronske komponente in tehnologije |
Vodja |
2020 - 2024 |
0 |
| 5. |
25498 |
dr. Barbara Šetina Batič |
Materiali |
Raziskovalec |
2020 - 2024 |
0 |
| 6. |
38187 |
dr. Tim Verbovšek |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2020 - 2023 |
0 |
| 7. |
03366 |
Marko Žumer |
Elektronske komponente in tehnologije |
Tehnični sodelavec |
2020 - 2024 |
0 |
Organizacije (2)
Povzetek
Vakuumska znanost in tehnologije je multidisciplinarno področje z aplikacijami v naprednih industrijskih panogah, kot so mikroelektronika, nanotehnologije, inženiring površin, farmacevtska industrija in na številnih raziskovalnih področjih, ki potrebujejo vakuumsko okolje (elektronska mikroskopija, znanost o površinah, pospeševalniki delcev, vesoljske raziskave itd.). Za nadaljnji razvoj na teh področjih je odločilen napredek v vakuumskem meroslovju in v poznavanju vakuumskih lastnosti materialov. Program sestavljata raziskovalni skupini iz Inštituta za materiale in tehnologijo (IMT) in Instituta »Jožef Stefan« (IJS). Obe skupini imata dolgoletne izkušnje in mednarodno priznane rezultate s področja interakcije plinov s površinami materialov v vakuumu, karakterizacijo razplinjevanja materialov v vakuumu in vzdrževanja potrebnega vakuuma v hermetičnih vakuumskih napravah, kot so vakuumska izolacija, ohišja MEMS sistemov in elektronske cevi. S ciljem napredka na področju vakuumske znanosti in tehnologije so predvidene raziskave razdeljene v tri sklope, ki povezujejo izzive sedanjosti na področju za bodočnost v aplikacijah.
Prvi izziv se nanaša na raziskave interakcij vodika z izbranimi kovinami, ki se bodo uporabljale v fuzijskih reaktorjih. Gre za nadaljevanje dosedanjega dela v konzorciju EUROfusion. Predlog se osredotoča na študije zadrževanja vodika v tankih plasteh (Be + O + C), permeacije vodika skozi volframove plasti (oksidirane in neoksidirane), ki so nanešene na martenzitno jeklo (Eurofer), ter zadrževanje devterija v tekočem Sn, ki ima nekatere prednosti v primerjavi z drugimi kovinami, ki bi tudi bile primerne kot tekoči divertor v reaktorju.
Vizijo bodočnosti bomo obravnavali v drugem sklopu in inovativnem konceptu napredne dinamične vakuumske izolacije (NDVI) s sposobnostjo reverzibilnega prehoda v toplotno prevodno stanje. Spreminjanje toplotne prevodnosti je namreč mogoče doseči s spremembo tlaka plina v vakuumski izolaciji. Izvedljiva rešitev je uporaba reverzibilnega cikla adsorpcije in desorpcije vodika iz vnaprej obdelanih kovinskih hidridov na osnovi zlitin Ti, V, Zr in Ba. Z NDVI bi bilo npr. možno znatno izboljšati učinkovitost baterije električnega vozila pri nizkih temperaturah okolja, primerna pa bi bila tudi v vrsti drugih aplikacij.
Ne nazadnje se bomo spopadli z aktualnimi izzivi v vakuumskem meroslovju, s poudarkom na potrebah slovenskega nacionalnega vakuumskega laboratorija na IMT za dokončanje razvoja in mednarodno validacijo primarnega vakuumskega standarda, ki združuje metodi statične in dinamične ekspanzije plina v enem sistemu. Ostale aktivnosti pa so namenjene zmanjšanju merilne negotovosti referenčnih vakuumskih merilnikov in kvadrupolnih masnih spektrometrov za določanje sestave plinov, razvoju nove kalibracijske metode za referenčne vzorce puščanja plina He v atmosfero ter razvoju certificiranih referenčnih materialov za meritve razplinjevanja v vakuumu.
Pomen za razvoj znanosti
Vsa predlagana področja naših raziskav bodo privedla do novih rezultatov, kateri bodo objavljeni v visoko kotiranih mednarodnih znanstvenih revijah s področij specifičnih tem.
Vakuumsko okolje je potrebno za mnoge industrijske procese in tudi na veliko področjih raziskovalnih dejavnosti. Nove vakuumske tehnologije zahtevajo nadaljnji napredek znanosti o vakuumu. Raziskovalni program je razdeljen v tri delovne sklope, ki obravnavajo razvoj novih vakuumsko kompatibilnih in tehnološko združljivih materialov ter izboljšave vakuumskih meritev za boljši nadzor procesov, ki so ključni za razvoj novih tehnologij.
Raziskave, ki jih izvaja programska skupina v Sklopu 1, sledijo prednostnim nalogam, ki jih je določil konzorcij EUROfusion. Vse te prednostne naloge so dogovorjene na visoki znanstveni ravni v okviru posameznih pododdelkov v okviru srednjeročnega in dolgoročnega načrta. Eksperimenti izvedeni v delovnem sklopu 1 (WP1) bodo privedli do novih rezultatov o interakciji vodika z izbranimi materiali povezanimi s fuzijo. Na tem področju ni dovolj podatkov ali pa sploh še ne obstajajo.
a) zadrževanje vodika v mešanih plasteh (Be+O+C). Koristni in komplementarni podatki bodo pridobljeni o vezavnih energijah D v plasteh, ki so bile odkrite v fuzijskih reaktorjih.
b) permeacija vodika skozi volframove plasti (oksidirane in neoksidirane), ki so nanešene na martensitno jeklo (Eurofer). Oksidacija notranjih površin reaktorja lahko privede do nastanka nepermeabilnih površin, katere lahko nastopajo kot bariere za vodik.
c) zadrževanje devterija v tekočem kositru je trenutno zelo vroča tema; kositer ima nekaj potencialnih prednosti v primerjavi z drugimi materiali, ki so preiskovani kot kandidati za uporabo kot tekoči divertor v reaktorju.
V delovnem sklopu 2 (WP2) bomo obravnavali nov koncept napredne dinamične vakuumske izolacije (NDVI) s sposobnostjo reverzibilnega prehoda v toplotno prevodno stanje, kar predstavlja novo rešitev, kako učinkovito kompenzirati vpliv spreminjanja zunanje temperature pri določeni napravi. NDVI je osnovan na aplikaciji izčrpane tankostenske kovinske posode katera omogoča gradnjo togih 3D škatel.
Obstaja velik potencial, da bodo naši rezultati privedli do novih pristopov pri razvoju toplotno izoliranih enot, kjer trenutne rešitve niso uporabne. Posebej bo projekt na tej stopnji osredotočen na območje nizkih temperatur okolja na katerem lahko NDVI znatno izboljša učinkovitosti baterije električnega vozila. Poleg tega se lahko koncept NDVI uporabi pri zaščiti naprav pred pregrevanjem ali v vesolju za čas nahajanja naprave v Zemljini senci, ko je potrebna drugačna toplotna izolacija v primerjavi s polno osvetlitvijo Sonca.
Naše raziskovalne dejavnosti v WP3 so osredotočene na trenutne izzive s področja vakuumskega meroslovja in bodo prispevale k novemu znanju na tem področju. Čeprav sta primarna statična ekspanzija in metoda dinamične ekspanzije znani že več desetletij, sta trenutno še vedno edini način za praktično izvedbo fizikalne enote Pa z dovolj majhno negotovostjo v območju pod 1 Pa. Metoda statične ekspanzije bo v nacionalnih laboratorijih aktualna še vsaj eno desetletje, preden se nadomesti z optično realizacijo enote Pa ki temeljinna merjenju lomnega količnika v razredčenem plinu. Naša raziskava in razvoj kombinacije statične in dinamične ekspanzijske metode v enem vakuumskem sistemu je nov pristop v vakuumskem meroslovju na najvišji primarni ravni. V zvezi z merilnimi negotovostmi se pričakuje, da bo na primerljivi ravni v primerjavi z drugimi sistemi v nacionalnih meroslovnih inštitutih, vendar je kombinacija obeh metod v enem sistemu bistveno cenejša kot uporaba dveh ločenih sistemov. Manjše države, ki morajo razviti primarne kalibracijske sisteme za vakuumsko območje, lahko sledijo našem pristopu kot stroškovno učinkovita rešitev.
Pomen za razvoj Slovenije
Kakovost naših raziskav je priznala mednarodna znanstvena skupnost in nas sprejela kot partnerje v več evropskih projektih. Sodelujemo tudi v EUROfusion konzorciju. Prizadevali si bomo za nadaljevanje raziskav enake ali še višje kakovosti in dokazovanju sposobnosti naše države, da prispeva v svetovno zakladnico znanja. Sodelovanje v mednarodnih projektih nam omogoča tudi dostop do tujega znanja in izmenjavo znanja na projektnih sestankih in mednarodnih konferencah.
Iz vseh predlaganih raziskav pričakujemo nove, doslej še neobjavljene rezultate, ki bodo prezentirani na mednarodnih srečanjih in konferencah. Poleg tega je predlagani program pomemben za vzgojo strokovnih kadrov in za razvoj vakuumske stroke in inženirske prakse v Sloveniji. V prihodnjih šestih letih načrtujemo vključitev vsaj dveh doktorskih študentov v naš program.
Člani skupine so bili do sedaj zelo aktivni v raznih mednarodnih združenjih in pri organizaciji mednarodnih konferenc. Te aktivnosti bomo nadaljevali in s tem prispevali k mednarodni prepoznavnosti slovenskega ekspertnega znanja s področja vakuumske tehnike.
Programska skupina ima velik pomen v slovenski nacionalni meroslovni infrastrukturi, saj ima akreditiran Laboratorij za metrologijo tlaka, ki je na najvišjem nivoju v Sloveniji. Urad za meroslovje RS je s posebno odločbo priznal laboratorij za nosilca slovenskih nacionalnih etalonov za vakuum in tlak. Skupina z njimi zagotavlja sledljivost veličine tlak na mednarodni nivo in s kalibracijami posreduje to sledljivost na nižje hierarhične nivoje v slovensko industrijo in ostale veje gospodarstva. Laboratorij opravi povprečno nad 200 kalibracij letno. Poleg kalibracij nudi slovenski industriji strokovno znanje s področja meritev vakuuma in tlaka. Laboratorij ima objavljene svoje najboljše kalibracijske in merilne in zmogljivosti (CMC) v Prilogi C mednarodnega dogovora MRA pri BIPM "Bureau International des Poids et Mesures". To pomeni, da so kalibracijski certifikati našega laboratorija enakovredni certifikatom nacionalnih meroslovnih inštitucij iz praktično vseh razvitih državah na svetu. Za slovenska podjetja, ki imajo svojo merilno opremo sledljivo na naš laboratorij, to pomeni veliko lažje uveljavljanje kvalitete njihovih proizvodov na globalnem svetovnem tržišču. Doseženi položaj Laboratorija za metrologijo tlaka na nacionalnem nivoju in v mednarodnem prostoru zahteva, da zelo aktivno delujemo na področju znanstvenega meroslovja svoje fizikalne veličine ter sodelujemo s tujimi nacionalnimi laboratoriji in s tem nenehno dokazujemo vrhunsko usposobljenost. To je temelj za mednarodno uveljavitev celotnega slovenskega nacionalnega meroslovnega sistema in za ohranjanje zaupanja drugih mednarodnih meroslovnih organizacij v naš sistem.
