Feroelektrične tankoplastne membrane za elektrokalorično hlajenje nosljivih naprav (FEROCOOL)
Oznaka in naziv projekta
J2-60039 Feroelektrične tankoplastne membrane za elektrokalorično hlajenje nosljivih naprav (FEROCOOL)
J2-60039 Ferroelectric thin-film membranes for electrocaloric cooling of wearable devices (FEROCOOL)
Logotipi ARIS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: dr. Aleksander Matavž
Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS
Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS
Vsebinski opis projekta
Mobilne elektronske in elektro-optične naprave, vključno s pametnimi urami, telefoni in očali, zahtevajo učinkovito termično upravljanje, da se zagotovi zanesljivo delovanje ter varnost in udobje uporabnikov. Vendar pa vključitev mehanizmov za termalno regulacijo v mobilne naprave predstavlja več izzivov, saj morajo izpolnjevati različne termične, mehanske in ergonomske zahteve, specifične za vsak primer uporabe.
Naš projekt je osredotočen na razvoj fleksibilnih elektrokaloričnih hladilnih materialov z uporabo prostostoječih feroelektričnih tankoplastnih membran, za izboljšavo tako zanesljivosti kot hladilne moči. Uporabili bomo pulzno lasersko nanašanje (PLD) za ustvarjanje visokokakovostnih tankih plasti, kar omogoča natančen nadzor nad mehansko napetostjo plasti, stikom in domenskimi strukturami. Funkcionalne feroelekrične plasti bodo vsebovale Sm-doora Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–30PbTiO3 (Sm-PMN–30PT), Pb0.8Ba0.2ZrO3 (PBZ) in superstrukture Sm-PMN–30PT(n)/PBZ(m).
Za izdelavo različnih prostostoječih feroelektričnih membran, ki jih je mogoče prenesti na fleksibilne polimere, bo uporabljena vodotopna pseudo-perovskitna vmesna plast Sr3Al2O6. Odstranjeni substrat bo recikliran za nadaljno proizvodnjo membran, kar predstavlja zmanjšanje stroškov substrata in okolju bolj prijazno proizvodnjo. Napetost membrane bo nadzorovana z mehanskimi deformacijami in odtisom nagubanosti s substrata. Elektrokalorični učinek prostostoječih membran bo merjen neposredno s hitrim infrardečim slikanjem (IR-kamera). Poleg tega bo za spremljanje in analizo obdelanih tankoplastnih membran uporabljeno celovit nabor in-situ in ex-situ metod karakterizacije ter teoretično modeliranje.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani SICRIS.
Faze projekta in opis njihove realizacije
Projekt FEROCOOL se osredotoča na raziskovanje in razvoj naprednih hladilnih tehnologij za nosljive elektronske naprave, kot so pametne ure, s pomočjo feroelektričnih (FE) materialov.
1. Faza - Raziskave in razvoj materialov za elektrokalorično hlajenje
V tej fazi se projekt osredotoča na raziskovanje potenciala uporabe FE materialov za hlajenje nosljivih naprav. Ključni cilj je izboljšanje hladilnih lastnosti materialov, kot so Sm-PMN–30PT, PBZ, in superrešetke Sm-PMN–30PT(n)/PBZ(m). Ti materiali omogočajo miniaturizacijo in hitro odzivnost pri hlajenju.
2. Faza - Inženiring membran in optimizacija napetosti
Ta faza se osredotoča na oblikovanje in optimizacijo napetosti v prostostoječih feroelektričnih membranah.
3. Faza - Integracija in testiranje naprav v realnem okolju
V tej fazi bo projekt prešel na integracijo razvite tehnologije v praktične aplikacije za nosljive naprave.
Bibliografske reference
- Z. Hanani, I. Izanzar, M. Amjoud, D. Mezzane, M. Lahcini, H. Uršič, U. Prah, I. Saadoune, M. El Marssi, I.A. Luk’yanchuk, Z. Kutnjak and M. Gouné.
Lead-free nanocomposite piezoelectric nanogenerator film for biomechanical energy harvesting. Nano energy. 2021, DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105661. (IF= 17.6)
- Z. Hanani, S. Merselmiz, A. Danine, N. Stein, D. Mezzane, M. Amjoud, M. Lahcini, Y. Gagou, M. Spreitzer, D. Vengust, Z. Kutnjak, M. El Marssi, I.A.
Luk'yanchuk, M. Gouné. Enhanced dielectric and electrocaloric properties in lead-free rod-like BCZT ceramics. Journal of advanced ceramics. 2020, DOI: 10.1007/s40145-020-0361-1. (IF= 16.9)
- Z. Hanani, S. Merselmiz, M. Amjoud, D. Mezzane, M. Lahcini, J. Ghanbaja, M. Spreitzer, D. Vengust, M. El Marssi, I. A Luk'yanchuk, Z. Kutnjak, B.
Rožič, M. Gouné. Novel lead-free BCZT-based ceramic with thermally-stable recovered energy density and increased energy storage efficiency. Journal of materiomics. 2022, DOI: 10.1016/j.jmat.2021.12.011. (IF= 9.4)
- Z. Hanani, D. Mezzane, M. Amjoud, Lahcini, M. Spreitzer, D. Vengust, A. Jamali, M. El Marssi, Z. Kutnjak and M. Gouné. The paradigm of the filler's
dielectric permittivity and aspect ratio in high-K polymer nanocomposites for energy storage applications. Journal of materials chemistry. C. 2022, DOI: 10.1039/d2tc00251e. (IF= 6.4)
- S. Merselmiz, Z. Hanani, D. Mezzane, M. Spreitzer, A. Bradeško, D. Fabijan, D. Vengust, M. Amjoud, L. Hajji, Z. Abkhar, A. G Razumnaya, B. Rožič, I.
A. Luk'yanchuk, Z. Kutnjak. Enhanced electrical properties and large electrocaloric effect in lead-free Ba0.8Ca0.2ZrxTi1−xO3 (x = 0 and 0.02) ceramics. Journal of materials science. Materials in electronics. 2020, DOI: 10.1007/s10854-020-04259-w. (IF= 2.8)