Projekta nosaukums: No inovatīviem oglekļa nanocaurulīšu-topoloģisko izolatoru materiālu tīkliem veidotas lokanas termoelektriskās ierīces
Projekta līguma numurs: 1.1.1.1/19/A/138
Projekta partneris: SIA 3D Strong
Projekta īstenošanas termiņš: 01.04.2020. – 31.03.2023.
Projekta kopējais finansējums: EUR 648 459.37, LU daļa EUR 389 059.37
Projekta zinātniskais vadītājs: vadošais pētnieks, Dr.chem. Asoc.prof. Donāts Erts
Projekta administratīvais vadītājs: Linda Ungure
Projekta mērķis: Izstrādāt elastīgas termoelektriskas (TE) plēvītes uz inovatīvām oglekļa nanocaurulīšu (CNT) - topoloģisko izolatoru (TI) tīklveida heterostruktūrām, kurām būs labāki termoelektriskie rādītāji, salīdzinot ar jaunākajiem elastīgajiem organiskajiem vai organiskajiem/neorganiskajiem kompozītmateriāliem, un demonstrēt termoelektriskas ierīces, kas izgatavotas no šīm plēvītēm, dažādiem pielietojumiem temperatūrās no -50 līdz +200 C.

Projekta galvenie rezultāti u.c. informācija par projekta īstenošanu:

5 zinātniskās publikācijas (4 publikācijas tiks iesniegtas publicēšanai žurnālos vai konferenču rakstu krājumos, kuru citēšanas indekss sasniedz vismaz 50 procentus no nozares vidējā citēšanas indeksa un viena – Web of Science vai SCOPUS (A vai B) datubāzēs iekļautā žurnālā vai konferenču rakstu krājumā); 2 Latvijas patentu pieteikumi; 3 jaunas tehnoloģijas; 2 jaunu produktu prototipi; 2 jaunu ierīču prototipi.

01.04.2020.-30.06.2020.

Projekta ietvaros tika veiktas dažādu tipu (viensienu, daudzsienu) oglekļa nanocaurulīšu ar p-tipa vadāmību sintēzes ar ķīmisko tvaiku izgulsnēšanas metodi, kā arī tika iesākts darbs pie n-tipa viensienu oglekļa nanocaurulīšu sintēzes metodes izstrādes (SIA 3D Strong). No sintezētām caurulītēm tika veidotas oglekļa nanocaurulīšu tīklveida pārklājumi  (SIA 3D Strong). Veikta nanostrukturētu antimona telurīda pārklājumu sintēze uz dažādu koncentrāciju oglekļa nanocaurulīšu tīklveida pārklājumiem (LU). Notiek darbs pie nepārklāto un ar antimonu telurīdu pārklāto oglekļa nanocaurulīšu tīklveida pārklājumu morfoloģijas, to elektrisko un termoelektrisko īpašību izpētes atkarībā no oglekļa nanocaurulīšu un antimona telurīda koncentrāciju attiecības uz pamatnēm (abi projekta partneri).  

Publicēts 09.07.2020.

01.07.2020. – 30.09.2020.

Notiek metodes izstrāde n-tipa oglekļa nanocaurulīšu iegūšanai, atdalot nanocurulītes ar metālisku vadāmības tipu no nanocaurulītēm ar pusvadītāju vadāmības tipa. Ir iegūti pirmie n-tipa paraugi ar dažādām metālisku/pusvadītāju oglekļa nanocaurulīšu attiecībām (SIA 3D Strong).

Turpinās darbs pie oglekļa nanocaurulīšu – antimona telurīda pārklājumu elektrisko un termoelektrisko īpašību noteikšanas. Vadāmības mehānismu izskaidrošanai paraugu vadāmība tiek mērīta vakuumā temperatūru diapazonā no 2 līdz 350 K. Savukārt, termoelektriskas efektivitātes noteikšanai tiek veikti mērījumi gaisa atmosfērā temperatūru diapazonā no -50 līdz 200 oC (LU).

Pirmie projekta rezultāti tika prezentēti 22. Starptautiskā konferencē “Viedie materiāli un tehnoloģijas AMT 2020” (22th International Conference-School “Advanced Materials and Technologies AMT 2020”) Palangā, Lietuvā, 24.-28.08.2020., stenda referātā:

A. Dutovs, K. Buks, J. Andzane, D. Erts “Fabrication and Properties of Carbon Nanotube Scaffolds for Application in Flexible Thermoelectrics.”

Publicēts 07.10.2020.

01.10.2020.–31.12.2020.

Pirmo n-tipa oglekļa nanocaurulīšu paraugu termoelektrisku īpašību izpēte parādīja, ka iegūtās metālisku/pusvadītāju oglekļa nanocaurulīšu attiecības nav pietiekošas, lai normālos (gaisa) apstākļos oglekļa nanocaurulīšu paraugos ilgstoši saglabātos n-tipa vadāmība. Notiek oglekļa nanocaurulīšu tipu atdalīšanas metodes optimizācija efektīvākai oglekļa nanocaurulīšu ar metālisku vadāmības tipu atdalīšanai no nanocaurulītēm ar pusvadītāju vadāmības tipu. Veikta dažādu tipu oglekļa nanocaurulīšu izkarsēšana inertā un skābekļa atmosfērā, kā arī karsēšanas procesa ietekmes uz nanocaurulīšu morfoloģiju un elektrisko vadāmību izpēte (SIA 3D Strong).

Turpinās oglekļa nanocaurulīšu – antimona telurīda pārklājumu ar dažādām oglekļa nanocaurulītes/antimona telurīds attiecībām elektrisko un termoelektrisko īpašību izpēte dažādos temperatūru diapazonos. Izmantojot pirmos SIA 3D Strong sintezētos n-tipa oglekļa nanocaurulīšu paraugus, ir sintezētas oglekļa nanocaurulīšu – bismuta selenīda heterostruktūras ar dažādām oglekļa nanocaurulītes/bismuta selenīds attiecībām. Notiek paraugu morfoloģijas izpēte. Uzsākta oglekļa nanocaurulīšu – antimona telurīdu pārklājumu stabilitātes izpēte gaisa atmosfērā pie dažādiem mitruma līmeņiem. Darbā tiek izmantota elektroķīmiskās impedances spektroskopijas metode. Sagatavotas pirmās elastīga oglekļa nanocaurulīšu – antimona telurīda plēvītes, iekapsulējot oglekļa nanocaurulīšu – antimona telurīda pārklājumu silikonā un atdalot to no stikla pamatnes. Sākti eksperimenti  neiekapsulēto un iekapsulēto pārklājumu mehāniskās stabilitātes noteikšanai (LU).

Publicēts 05.01.2021.

01.01.2021.–31.03.2021.

SIA 3D Strong. Sagatavota otrā n-tipa paraugu sērija, pielietojot funkcionalizēšanu ar dzelzs pentakarbonīlu. Notiek iegūto oglekļa nanocaurulīšu morfoloģijas, elektrisko un termoelektrisko īpašību izpēte. Turpinās oglekļa nanocaurulīšu nogulsnēšanas eksperimenti, variējot to tipu un pamatnes izvietošanas leņķi un temperatūru. Iesākti eksperimenti oglekļa nanocaurulīšu izgulsnēšanai uz dielektriskām pamatnēm, nepielietojot šķīdinātājus.

LU. Turpinās antimona telurīda un bismuta selenīda pārklājumu sintēze uz SIA 3D Strong sagatavotām oglekļa nanocaurulīšu pamatnēm, variējot attiecību termoelektriskais materiāls: oglekļa nanocaurulīšu daudzums. Notiek lādiņnesēju transporta mērījumi sintezētajās hibrīdstruktūrās inertas atmosfēras un vakuuma apstākļos, kā arī elektriskās vadītspējas un Sībeka koeficienta mērījumi gaisā. Veikti mehāniskās, elektriskās un termoelektriskās stabilitātes atkarību no liekšanas rādiusa un virziena pētījumi neiekapsulētiem un pirmajiem polidimetīlksiloksānā iekapsulētiem paraugiem. Notiek eksperimentālo datu apstrāde un analīze.

Aktuālie projekta rezultāti prezentēti LU 79. starptautiskā zinātniskā konferencē (ZOOM vidē) divos mutiskos referātos:

  1. K. Buks, J. Andžāne, A. Zariņš, V. Voikiva, D. Erts "Synthesis and characterization of Bi2Se3/SWCNT hybrid structures for applications in flexible thermoelectrics"
  2. L. Bugovecka, K. Buks, K. Niherysh, J. Andžāne, D. Erts "Synthesis and properties of flexible carbon nanotube-metal chalcogenide structures"

Publicēts 06.04.2021.

01.04.2021. – 30.06.2021.

SIA 3D Strong. Iesākta metodes izstrāde daudzsienu CNT vadāmības tipa nobīdei no p-tipa uz n-tipu, pielietojot apstrādi ar lodīšu dzirnavām amonija bikarbonāta vidē. Funkcionalizēto CNT termiskās izturības pārbaudes eksperimentos noskaidrots, ka paraugu izkarsēšanas vakuumā rezultātā CNT tīklojumos pieaug negatīvo lādiņnesēju skaits. Notiek eksperimentālo datu apstrāde un interpretācija. Sagatavotas dažādu koncentrāciju oglekļa nanocaurulīšu pamatnes, pielietojot izgulsnēšanas metodi bez šķīdinātāja. Secināts, ka oglekļa nanocaurulīšu pārklājumi, veidoti ar šo metodi, pārsvarā ir viendabīgi, bet vāju adhēzijas spēku dēļ starp CNT un dielektrisku pamatni CNT tīklojumi sabojājas manipulāciju laikā. Notiek darbs pie substrātu modificēšanas.

LU. Turpinās antimona telurīda un bismuta selenīda pārklājumu sintēze uz SIA 3D Strong sagatavotām oglekļa nanocaurulīšu pamatnēm, variējot attiecību termoelektriskais materiāls: oglekļa nanocaurulīšu daudzums, kā arī tiek veikta šo materiālu elektrisko un termoelektrisko īpašību izpēte. Balstoties uz iepriekš izstrādāto iekapsulēšanas metodi polidimetīlksiloksānā, notiek metodes izstrāde oglekļa nanocaurulīšu-bismuta selenīda pārklājumu iekapsulēšanai polivinilspirtā (PVS). Locīšanas eksperimenti, kuri tika veikti polidimetīlksiloksānā iekapsulētiem oglekļa nanocaurulīšu – antimona telurīda paraugiem, parādīja to elektriskās pretestības un Zēbeka koeficienta stabilitāti līdz 10 mm liekuma rādiusam, un pretestības pieaugumu un Zēbeka koeficienta samazināšanu, lokot paraugu līdz 3 mm liekuma rādiusam. Notiek plēvītēs notiekošo procesu interpretācija. Tiek veikti plēvīšu izturības mērījumi, atkārtoti lokot paraugu līdz rādiusiem 10 mm un 3 mm.

Publicēts 05.07.2021.

01.07.2021. – 30.09.2021.

SIA 3D Strong. Pielietojot apstrādi ar lodīšu dzirnavām amonija bikarbonāta vidē, ir iegūtas daudzsienu oglekļa nanocaurulītes (CNT) ar n-tipa vadāmību. Elektriskās vadāmības stabilitātes mērījumi gaisa atmosfērā pie pieliktā pie parauga temperatūras gradienta parādīja, ka n-tipa CNT vadāmība pakāpeniski samazinās, kas varētu būt saistīts ar to, ka pēcsintēzes apstrādes laikā tiek modificētas tikai daudzsienu CNT ārējās čaulas. Uzsākti eksperimenti n-tipa CNT iegūšanai, pielietojot dopēšanu ar slāpekli nanocaurulīšu sintēzes procesā.

LU. Ir izstrādāta metode oglekļa nanocaurulīšu – bismuta selenīda (CNT-Bi2Se3) pārklājumu iekapsulēšanai polivinīlspirtā (PVS). Noteiktas CNT-Bi2Se3  pārklājumu ar dažādām CNT:Bi2Se3 masu attiecībām elektriskās un termoelektriskās īpašības pirms un pēc iekapsulēšanas. Eksperimentālo datu analīze parādīja, ka iekapsulēšana praktiski neietekmē paraugu īpašības, bet mērījumu precizitāti nosaka elektrisko kontaktu kvalitāte. Notiek darbs pie tehnoloģijas izstrādes elektrisko kontaktu uznešanai uz hibrīdstruktūru pārklājumiem. Tiek veikti paraugu liekšanas eksperimenti neiekapsulētiem un iekapsulētiem CNT-Bi2Se3 pārklājumiem.

Projekta aktuālie rezultāti prezentēti starptautiskā zinātniskā konferencē-skolā “Advanced Materials and Technologies 2021” (AMT 2021) Palangā, Lietuvā, 2021. gada 23.-27. augustā sekojošos stenda referātos:

  1. K. Buks, J. Andzane, V. Voikiva, M. Katkov, D. Erts “Synthesis and characterization of encapsulated Bi2Se3/CNT and Sb2Te3/CNT hybrid structures”
  2. L. Bugovecka, K. Buks, P. Dolmantas, K.A. Niherysh, J. Andzane, D. Erts “Synthesis and Flexibility Tests of CNT-Metal Chalcogenide Thermoelectrical Thin Films”
  3. J. Andzane, A. Felsharuk, A. Sarakovskis, K. Niherysh, D. Erts “Synthesis and Properties of Bismuth and Antimony Chalcogenide Based Nanolaminates on Graphene Substrates”

Publicēts 04.10.2021.

01.10.2021. – 31.12.2021.
SIA 3D Strong. Sintezēti pirmie n-tipa oglekļa nanocaurulīšu (n-CNT) paraugi, pielietojot dopēšanu ar slāpekli. Elektriskās vadāmības stabilitātes mērījumi parādīja, ka ar šo metodi sintezētām CNT n-tipa vadāmība saglabājas pat pēc dažu nedēļu uzglabāšanas gaisā. Uzsākta n-CNT iegūšanas tehnoloģijas izstrāde. Uzsākti n-CNT tīklojumu izkarsēšanas eksperimenti, sagatavotas n-CNT pamatnes turpmākai Bi2Se3 uzgulsnēšanai. Tiek gatavots zinātniskā raksta manuskripts.  
LU. Sintezēti Bi2Se3 pārklājumi uz n-CNT tīklojumiem. Notiek n-CNT-Bi2Se3 morfoloģijas izpēte, elektriskās vadāmības un Sībeka koeficienta noteikšana gaisā temperatūru diapazonā 20-60 oC un vakuumā temperatūru diapazonā 2-400 K.  Pielietojot elektroķīmiskās impedances spektroskopijas metodes, veikta PVS iekapsulēto paraugu elektriskās stabilitātes izpēte pie dažādiem gaisa mitruma līmeņiem. Noteikts, ka paraugi ir stabili pie mitrumiem 5-60% temperatūru diapazonā no 0 līdz 40oC. Pie lielākiem mitrumiem sākas paraugu izmaiņas, notiek darbs pie šo izmaiņu atgriezeniskuma pakāpes noteikšanas. Tiek gatavots zinātniskā raksta manuskripts.  
Informācija par projektu tika prezentēta populārzinātniskā formā Rīgas 10. vidusskolas 10.-12. klašu skolēniem un skolotājiem virtuālas LU Ķīmiskās fizikas institūta Atvērto Durvju dienas ietvaros 2021. gada 8. novembrī. 

Publicēts 30.12.2021.

01.01.2022. – 31.03.2022.

2022. gada 31. janvārī projekts ir sasniedzis vidusposmu. Sagatavota un iesniegta projekta vidusposma atskaite.

SIA 3D Strong. Izstrādāts jauns tehnoloģijas prototips “Production of CNTs in powder form (Pulvera veida CNT sintēze)”, sagatavots un iesniegts Latvijas patenta pieteikums N-tipa termoelektrisku oglekļa nanocaurulīšu izgatavošanas paņēmiens“, sagatavots un iesniegts žurnālā Synthetic Metals zinātniskā raksta “High temperature stable nitrogen-doped MWCNTs for thermoelectrical applications” manuskripts. Turpinās n-tipa oglekļa nanocaurulīšu ar dažādām slāpekļa koncentrācijām sintēze un raksturošana. Noteikts, ka vadāmības tips ir stabils un to neietekmē nanocaurulīšu karsēšana līdz 500 oC, kā arī glabāšana gaisa atmosfērā.

LU. Sagatavots un iesniegts žurnālā Advanced Materials Interfaces zinātniskā raksta “Highly efficient flexible n-type thermoelectric films formed by encapsulation of Bi2Se3-MWCNT hybrid networks in polyvinyl alcohol” manuskripts, saņemti recenzentu viedokļi, notiek papildus eksperimenti un raksta pilnveidošana. Turpinās n-CNT-Bi2Se3 neiekapsulēto un iekapsulēto tīklojumu termoelektrisko un mehānisko īpašību izpēte. Sintezēti pirmie CNT-Sn2Se3 p-tipa tīklojumi, uzsākta to elektrisko un termoelektrisko īpašību izpēte.

Projekta ideja popularizēta LU Atvērto Durvju Dienā 22.03.2022.

Projekta aktuālie rezultāti prezentēti LU 80. starptautiskā zinātniskā konferencē 2022. gada 03.-04. februārī mutiskos referātos:

  • K. Buks, J. Andzane, M. Katkov, D. Erts "Blended vs. exfoliated Bi2Se3/CNT hybrid structure-based thermoelectric nanocomposites –properties and applications"
  • L. Bugovecka, K. Buks, J. Andzane, D. Erts "Seebeck coefficient and resistance of flexible carbon nanotube-bismuth selenide thermoelectric thin films"
  • L. Brauna, K. Buks, J. Andzane, M. Katkov, D. Erts "Manufacturing and characterisation of flexible Bi2Se3/CNT heterostructure thermoelectric materials"
 

Publicēts 30.03.2022.

Pēdējās izmaiņas veiktas