Projekti / Programi
Debele plasti Pb(Sc0.5Nb0.5)O3?PbTiO3 za uporabo v senzorjih in aktuatorjih
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.09.06 |
Tehnika |
Elektronske komponente in tehnologije |
Karakterizacija elektronskih komponent in materialov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T153 |
Tehnološke vede |
Keramični materiali in praški |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.02 |
Tehniške in tehnološke vede |
Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring |
piezoelektrična debela plast, termična napetost, aktuator, črpalka za inzulin
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
26468 |
dr. Hana Uršič Nemevšek |
Elektronske komponente in tehnologije |
Vodja |
2011 - 2013 |
0 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
18 |
Povzetek
V zadnjem času smo priča prodoru nekonvencionalnih materialov v elektroniko. Velik potencial imajo piezoelektriki, npr. kot debele plasti integrirane v mikroelektromehanske sisteme (MEMS). Zaradi stalnega razvoja mikroelektronike, se od piezoelektričnih plastnih struktur za uporabo v elektronskih sistemih, zahtevajo čedalje boljše lastnosti. H. Uršič je med doktorskim študijem dokazala, da lahko na lastnosti debeloplastnih struktur Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–PbTiO3 (PMN–PT) vplivamo z mehanskimi napetostmi. Tako lahko močno vplivamo na mikrostrukturo, fazno sestavo, dielektrične, feroelektrične in piezoelektrične lastnosti debelih plasti ter pripravimo plasti z želenimi lastnostmi za določeno uporabo.
Prvi del predlaganega raziskovalnega projekta je nadaljevanje raziskav v sklopu doktorskega študija. Ugotovitve, da lahko na strukturne in električne lastnosti debeli plasti vplivamo z mehanskimi napetostmi, bomo v projektu uporabili na Pb(Sc1/2Nb1/2)O3–PbTiO3 (PSN–PT) sistemu, ki je soroden sistemu PMN–PT. Tako bomo pripravili goste plasti PSN–PT z dobrimi dielektričnimi, feroelektričnimi in piezoelektričnimi lastnosti, kar bo velik doprinos k svetovni znanosti, saj do sedaj v literaturi debele plasti PSN–PT še niso bile omenjene. Za globlje razumevanje procesov bomo preučevali tudi vpliv termični napetosti na lastnosti Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) debelih plasti. Plasti PZT so v nasprotju z debelimi plastmi PSN–PT že dobro znane, vendar v literaturi še ni dela, ki bi preučevalo, kakšen vpliv imajo termične napetosti na njihove lastnosti. Namen projekta je razumeti vpliv termičnih napetosti na lastnosti PSN–PT in PZT debelih plasti ter pripraviti plasti z želenimi lastnostmi za izbrano uporabo. Optimizirane PSN–PT in PZT plasti bomo nato v nadaljevanju uporabili za izdelavo debeloplastnih senzorskih/aktuatorskih struktur.
Drugi del raziskav je namenjen pripravi diskretnih PSN–PT/Pt debeloplastnih aktuatorjev ter poskusu integracije aktuatorskih struktur v črpalke za črpanje inzulina za zdravljenje diabetičnih bolnikov (v nadaljevanju inzulinske črpalke). Aktuatorje bomo pripravili po posebnem novem postopku, ki bo analogen postopku priprave debeloplastnih aktuatorjev PMN–PT/Pt (H. Uršič et al., Sensors Actuat. B, 2008). Pričakujemo, da bo odmik PSN–PT/Pt aktuatorjev, ki bodo pripravljeni v tem projektu, še večji v primerjavi s odmikom PMN–PT/Pt aktuatorjev, zaradi visokega piezoelektričnega koeficienta d31 PSN–PT materiala. Debeloplatne PSN–PT/Pt in PZT aktuatorske strukture bomo nato poskusili integrirati v črpalke za črpanje inzulina, katere želijo razviti v podjetju HYB Proizvodnja hibridnih vezij d.o.o. (sofinancer projekta).
Pomen za razvoj znanosti
V okviru projekta smo objavili 4 znanstvene članke v revijah z IF višjim od 1.4, od tega smo 3 članke objavili v reviji prvi na področju keramičnih materialov (t.j. J. Eur. Ceram. Soc.). Objavili smo tudi znanstveni prispevek na mednarodni konferenci Devices and Materials & the Workshop on Ceramic Microsystems 2012. Na mednarodnih konferencah smo predstavili 6 referatov ter imeli na Univerzi za fiziko (Alexandru Ioan Cuza, University of Iasi) v Romuniji vabljeno predavanje na temo debelih plasti PSN–PT in PZT. Rezultati raziskovalnega projekta so naredili napredek tako v razvoju piezokeramičnih prahov, debelih plasti, keramike kot tudi v osnovnem razumevanju procesov v debelih plasteh vse do razvoja novih senzorskih/aktuatorskih struktur. Večina rezultatov je novih in zato originalnih prispevkov k znanosti, še posebej na področju »Elektronskih komponent in tehnologij«. Glede na odlične rezultate mikročrpalk, ki smo jih dosegli, bo vpeljava materiala PSN–PT v področje piezoelektričnih aktuatorjev za pogon mikročrpalk omogočila vzbujanje črpalk z nižjimi krmilnimi amplitudami in uporabo preprostejših, manj zmogljivih in cenejših krmilnih vezij. S tem se bo povečala varnost za uporabnike nosljivih integriranih mikrofluidnih sistemov, kot so npr. mikrodozirni sistemi z mikroiglami za injiciranje inzulina.
Pomen za razvoj Slovenije
Uporabnost raziskovalnih dosežkov se je pokazala na področju elektronskih komponent. Uspešno načrtovanje, razvoj in izdelava dveh demonstracijskih izdelkov je uporabnost tehnologije in materialov opredelila s 4. stopnjo tehnološke pripravljenosti (TRL). Omenjena demonstracijska izdelka sta mikročrpalka in resonančni senzor tlaka. Dejavnost znotraj projekta je bila izrazito multi disciplinarna. Dodana vrednost za slovensko gospodarstvo je vidna v sodelovanju tako slovenskih, kot tudi evropskih raziskovalnih inštitucij s slovenskimi podjetji. Sodelovali smo z dvema laboratorijema v Evropi: z Evropskim centrom za keramiko v Franciji in z Inštitutom za strukturno in funkcijsko keramiko v Avstriji. V slovenskem prostoru pa smo poleg sodelovanja z družbo HYB d.o.o., ki je bila tudi delni sofinancer projekta, sodelovali tudi z Laboratorijem za mikrosenzorske strukture in elektroniko na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani, z Odsekom za fiziko trdne snovi na Inštitutu Jožef Stefan ter z družbama HIPOT-RR d.o.o., Otočec in KEKON d.o.o., Žužemberk. S skupnim sodelovanjem smo povezali tako raziskovalno, kot tudi industrijsko znanje ter na ta način pripravili dva demonstracijska izdelka. Izdelka imata veliko vrednost za sodelujoče organizacije, tako v znanstvenem kot tudi v družbeno-ekonomskem pomenu. V okviru projekta vidimo največji doseženi strateški cilj vzpostavitev vrednostne verige; od temeljne znanosti pa vse do demonstracijskega izdelka. Po drugi strani je projekt omogočal nove verige znanja in povezav: od priprave in karakterizacije funkcionalnih materialov pa vse do mikrosenzorskih in mikroaktuatorskih struktur.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
