Sinteza Au nanodelcev in izvedba študije njihove uporabe za različna področja

 

Šifra | C3330-19-952018
Naziv projekta | SINTEZA Au NANODELCEV IN IZVEDBA ŠTUDIJE NJIHOVE UPORABE ZA RAZLIČNA PODROČJA
Nosilec projekta | Dr. Hanuma Reddy Tiyyagura

          

Naložbo sofinancirata Republika Slovenija in Evropska unija iz Evropskega sklada za regionalni razvoj.
Za več informacij obiščite eu-skladi.si

 

Trajanje projekta	1. 4. 2019 do 31. 3. 2022
Obseg financiranja	171.684,00
Nosilec projekta	Dr. Hanuma Reddy Tiyyagura
Koordinator projekta	Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo
Sodelujoče RO	Zlatarna Celje d.o.o.
Sestava projektne skupine	Dr. Hanuma Reddy Tiyyagura

 

 

Povzetek projekta

V zadnjem desetletju smo priča hitremu razvoju novih nanomaterialov (NM) za uporabo na področjih elektrotehnike in elektronike v kontaktih in drugih zaščitnih elementih kot plastne strukture. Med najbolj perspektivne NM sodijo nanodelci iz zlata (NAu), ki imajo poleg povišane površinske aktivnosti še plazemsko resonanco. Ta ob vpadu svetlobe povzroča nihanje elektronov na površini nanodelca. Zaradi plazemske resonance imajo NAu drugačne fizikalne, kemijske in optične lastnosti v primerjavi z običajnim zlatom na makro nivoju. Poznano je, da so NAu korozijsko obstojni ter da imajo odlično električno prevodnost. NAu lahko sestavljajo prevodnike in polprevodnike nanovelikosti, ki se uporabljajo v trpežnih, tankih in upogljivih sončnih celicah, televizijskih in računalniških vezjih ter vezjih pametnih (mobilnih) telefonov.  Med drugim pa je zlato kot NAu prisotno v zaslonih visokih ločljivosti ter zmogljivejših procesnih enotah (CPU). Prihodnost uporabe NAu so tudi tiskana vezja, natiskana s 3D-tiskalniki, ki bodo pospeševala npr. impulze na/v človeških možganih ali po hrbtenjači.

V svetu poznamo različne proizvodne metode nanodelcev; ločimo jih na »bottom-up« (od spodaj navzgor) in na »top-down« (od zgoraj navzdol). Primeri metod »bottom-up« so sol – gel, kemično naparjevanje – CVD, plamenska razpršilna sinteza, različne pirolize in atomska ali molekularna kondenzacija. Primeri metod »top-down« pa so laserska ablacija, nanolitografija in visokoenergijsko mletje. Trenutno so te metode primerne za izdelavo majhnih količin nanodelcev z velikimi odstopanji v velikostih in oblikah od ene serije do druge serije. Dobre možnosti za odpravo teh tehnoloških problemov in bolj nadzorovano sintezo nanodelcev ima metoda »bottom-up«, imenovana ultrazvočna razpršilna piroliza, Ultrasonic Spray Pyrolysis – USP. Piroliza je v splošnem pomenu postopek kemične razgradnje različnih spojin pri povišanih temperaturah. Pri USP je dodatno uveden ultrazvok, s katerim razpršimo raztopino z želenim materialom v kapljice. Te kapljice izpostavimo povišani temperaturi, tako da se s pirolizo material iz kapljice kemijsko razgradi in dobimo nanodelce čistih elementov. Prednosti USP-metode so: preprosta postavitev posameznih elementov in spreminjanje njihove konfiguracije, kontinuiran potek sinteze nanodelcev in možnost sinteze nanodelcev visoke čistosti iz različnih materialov.

V okviru predlaganega projekta bo sinteza NAu potekala na reprezentativnem modelu USP naprave v Zlatarni Celje d.o.o., ki dosega TRL6 stopnjo razvoja. Cilj raziskovalnega projekta bo sinteza NAu z doseganjem zahtevane porazdelitve velikosti NAu, ki bodo imeli visoko stopnjo čistosti Au (vsaj 99,99 m.%), z zahtevanimi oblikami NAu (okrogli, elipsoidni, idr.) glede na potrebe študij za prenos NAu na različna področja uporabe v elektrotehniki/elektroniki. 3D-tiskanje koloidnih raztopin NAu bo potekalo s tiskalnikom Fujifilm Dimatix DMP-2831, kjer bo potrebno določiti tip (vrsto) nosilnega polimera za izdelavo kontakta. Prav tako bo potrebno poiskati rešitve, ki zmanjšujejo hidrofobnost nosilcev (substratov) z NAu pri izdelavi kontaktov. Za te namene bomo koristili pristope nano-dizajniranja priprave površin nosilcev. 

Dobljeni rezultati bodo omogočili izbiro sintezne poti NAu, ki daje optimalne rezultate glede izvedbene študije v odvisnosti od njihove ciljne uporabe. Glede na karakteristike izbranih NAu in s pomočjo podatkov iz literature bo v projektu izdelan protokol nabora testov z odločitveno zanko za učinkovito in primerljivo testiranje funkcijskih lastnosti NAu. Na ta način bomo prispevati k implementaciji obstoječe zakonodaje o varnosti NM na področju EU – polje elektrotehnika/elektronika. To bo omogočilo vstop novih NAu na zahtevno tržišče elektrotehnike/elektronike ter razširitev proizvodnega programa industrijskega partnerja Zlatarne Celje d.o.o.