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.

01.07.2021. – 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.

Pēdējās izmaiņas veiktas