0-3D nanostrukture za primenu u elektronici i obnovljivim izvorima energije: sinteza, karakterizacija i procesiranje

Cilj projekta: Projekat uključuje osnovna, razvojna i primenjena istraživanja 0-3D nanostruktura u cilju razvoja elektrokeramike za primenu u elektronici i obnovljivim izvorima energije. Krajnji cilj istraživanja je uvođenje novih materijala, uređaja i metoda u proizvodnju kao i unapređenje postojećih i razvoj novih metoda sinteze u cilju dobijanja novih ili poboljšanih materijala, poboljšanje funkcionalnih karakteristika materijala korišćenjem nanostrukturnih prekursora i razvoj novih inovativnih metoda procesiranja.

 

O projektu: Projektom su obuhvaćeni sinteza, karakterizacija i procesiranje nanostruktura na bazi prostih ili složenih oksidnih i neoksidnih neorganskih supstanci: kvantnih tačaka (0D), nanocevi i nanožica (1D), tankih filmova (2D), kao i nanostrukturne komadne keramike (3D). Naglasak je na sintezi prekursorskih nanostruktura i ispitivanju inovativnih metoda procesiranja, u svrhu očuvanja nanostruktura u gotovoj keramici i filmovima, kao i dobijanja materijala sa preferentnom orijentacijom i anizotropnim svojstvima. Na projektu su učestvovala 33 istraživača iz 7 NIO i 3 iz inostranstva. Projekat je realizovan kroz 4 potprojekta (PP) organizovana prema tipu istraživanja i polju primene ispitivanih materijala: PP1. Strukturni aspekti nano i drugih savremenih materijala, PP2. Materijali za elektroniku, PP3. Materijali za primenu u obnovljivim izvorima energije, PP4. Debeloslojne tehnologije i mikroelektronika.

 

PP1 je obezbedio bazu za povezivanje strukture, svojstava i primene materijala u cilju sinteze materijala poboljšanih svojstava. U okviru PP se ispitivala mogućnost modifikacije i poboljšanja sledećih metoda sinteze: koprecipitacija , kontrolisana difuzija, sol-gel, polimerizacija kompleksa, solvotermalna sinteza i mehanohemijske sinteze, kao i sinteza mezoporoznih metal oksida koristeći tzv. žrtvujući materijal (sacrifice template) kojima je moguće kontrolisati hemijski i fazni sastav na atomskoj, nano i mikro skali. Sve faze, počev od reaktanata, preko prekursora, do konačnog proizvoda, pratila je detaljna hemijska, spektralna i strukturna analiza (XRD, HRTEM, SEM, AFM, IC, UV-VIS, EPR, RS, PL, DTA, itd.). Istraživanja su obuhvatala binarne i ternarne komplekse prelaznih metala, kao i kombinovana jedinjenja prelaznih i post-prelaznih elemenata sa nano ili angstremskom poroznošću.

 

PP2 je obuhvatao materijale za elektroniku i informacione tehnologije koji su se radili u formi tankih i debelih filmova ili komadne keramike. Povezivanjem opreme za električnu karakterizaciju sa optičkim i „atomic force“ mikroskopom su merena električna, feroelektrična i multiferoična svojstva mikro i nanostruktura. Istraživanja u okviru PP su obuhvatala inovativne metode procesiranja: a) nanostrukture čistog i dopiranog ZnO i TiO2; b) varistore i senzore na bazi dopiranih nanostruktura ZnO i SnO2; c) feroelektričnu keramiku na bazi (Pb,Zr)TiO3 i (Ba,Sr)TiO3, kao i d) multiferoike tipa BiMnO3 i BiFeO3.

 

PP3 je uključivao ispitivanje materijala za obnovljive izvore energije: 1. Istraživanja gorivnih ćelija na bazi čvrstih elektrolita i to: a) sintezu nanoprahova elektrolita na bazi anjonskih (oksidi Gd, Ce i Sm) i protonskih provodnika (dopirani BaCeO3) metodom autosagorevanja, b) proizvodnju kermetnih anodnih supstrata na bazi anjonskih i protonskih provodnika metodom „tape casting“, c) deponovanje debelih filmova elektrolita na anodne supstrate sprej i „tape casting“ metodama, d) mikrostrukturnu i električnu karakterizaciju anode, elektrolita i funkcionalne gorivne ćelije2. Fotonaponske ćelije na bazi različitih nanostruktura ZnO i TiO2, kao i ispitivanje njihovih fotokatalitičkih svojstava. 3. Termoelektrike sa povećanim Seebeck-ovim koeficijentom dobijene prelaskom na nanostrukturne materijale. Istraživanja su obuhvatila uticaj dopiranja i morfologije na termoelektrične osobine ZnO i NaCo2O4.

 

PP4 je obuhvatao dobijanje i karakterizaciju dopiranog nanometarskog NTC praha NiMn2O4, debeloslojnih pasti, granulata sa vezivom (feedstock), dobijanje optimiziranih i minijaturizovanih NTC senzora debeloslojnom hibridnom tehnologijom. Dobijeni NTC senzori (planarni ili 3D radijalno-cevasti) su se ugrađivali u prototipove senzora protoka fluida (vode i vazduha) za koje se razvila elektronika i softver u cilju dobijanja inteligentnih senzorskih sistema. Debeloslojnim tehnologijama su se radili i senzori gasova, višeslojni varistori, feroelektrici i integrisane elektronske komponente.