Nanoslāņaini topoloģisku dielektriķu lamināti efektīvai siltuma pārvēršanai elektrībā

Projekta nosaukums: Nanoslāņaini topoloģisku dielektriķu lamināti efektīvai siltuma pārvēršanai elektrībā
Projekta līguma numurs:     1.1.1.2/VIAA/1/16/037
Projekta sadarbības partneri: Čalmera tehnoloģiskā universitāte, Mikrotehnoloģiju un nanozinātnes departaments MC2, Zviedrija
Projekta īstenošanas termiņš: 01. 12. 2017. – 30. 11. 2020.
Projekta kopējais finansējums, LU daļa: Projekta kopējas izmaksas 133806.-EUR, kuras sastāv no ERAF finansējuma 113735.10 EUR (85%), valsts budžeta finansējuma 13380.60 EUR (10%), LU finansējums (tajā skaitā ieguldījums natūrā) 6690.30 EUR (5%).
Projekta mērķis: Projekta mērķis ir izstrādāt tehnoloģiju paaugstinātas TE efektivitātes nanoslāņainu bismuta halkogenīdu laminātu iegūšanai, un izveidot uz šiem laminātiem balstītas TE ierīces. TE efektivitātes paaugstināšana tiks sasniegta pateicoties bismuta halkogenīdu specifiskai dopēšanai un to nesen atklāto topoloģisko dielektriķu (TI) īpašību izmantošanai.
Projekta plānotie rezultāti: 3 oriģināli zinātniskie raksti, kas iesniegti publicēšanai SCI žurnālos, 3 jaunas tehnoloģijas, 1 jaunais siltuma konversijas elektrībā ierīces prototips, 1 sagatavots un iesniegts Latvijas patenta pieteikums, vismaz 3 konferenču tēzes. I ceturksnis (01.12.2017. – 28.02.2018.) Pirmā projekta ceturkšņa laikā tika veikta padziļinātā bismuta selenīda nukleācijas un augšanas mehānismu uz dažādām virsmām izpēte un analīze un sintēzes metodes adaptācija sintēzei uz mākslīgas vizlas. Tiek gatavots zinātniska raksta melnraksts. Darba brauciena laikā no 05.02.2018. līdz 09.02.2018. Čalmera tehnoloģiskā universitātē (CTH) Zviedrijā, tika izstrādāta metode labu elektriski un termiski vadošu kontaktu izveidei, kas ir nepieciešams pārklājumu termoelektrisko īpašību kvalitatīvai raksturošanai.  II ceturksnis (01.03.2018. – 31.05.2018.) Otrā projekta ceturkšņa laikā darbs turpinājās sekojošos virzienos: turpinājās datu analīze par bismuta selenīda nukleācijas un augšanas mehānismiem uz dažādām virsmām, kā arī veikti papildus eksperimenti sintēzes parametru ietekmes uz augšanas procesu noskaidrošanai. Sintezēti pirmie ultraplani bismuta selenīda pārklājumi uz mākslīgās vizlas, to īpašības tiek pētītas un salīdzinātas ar biezāku (ap 100 nm) bismuta selenīda pārklājumu īpašībām; veikti bismuta selenīda izgulsnēšanas eksperimenti uz eksfoliēta grafēna virsmas; uzsākta sintēzes optimizācija bismuta telurīda pārklājumu sintēzei uz mākslīgās vizlas virsmas; veikti eksperimenti bismuta selenīda pārklājumu mehāniskās stabilitātes noteikšanai. Galvenie rezultāti:

• Tēzes dalībai IEEE Nano 2018 konferencē ir iesniegtas un akceptētas mutiskam referātam;
• Ultraplānu pārklājumu elektronu transporta īpašību un Sībeka koeficienta salīdzinājums ar biezāku pārklājumu īpašībām pārādīja, ka ultraplāniem pārklājumiem ir lielāks termoelektriskais jaudas faktors;
• Iegūti un tiek raksturoti pirmie bismuta telurīda plānie pārklājumi ar atbilstošu stehiometriju;
• Bismuta selenīdu pārklājumu stabilitātes izpēte parādīja, ka pārklājumu elektriskās un termoelektriskās īpašības pasliktinās ar laiku, kas var liecināt par mikroplaisu veidošanos uz lokanas pamatnes sintezēta pārklājumā mērīšanas vai citu manipulāciju laikā. Ir iesākta metožu izstrāde lokanu pamatņu fiksācijai vai pārklājuma pārnesei uz cietu pamatni.

III ceturksnis (01.06.2018. – 31.08.2018.) Trešā projekta ceturkšņa laikā turpinājās darbs sekojošos virzienos: lokanu substrātu piestiprināšanas metodikas izstrāde, paralēli izstrādājot metodi ultraplānu bismuta selenīda pārklājumu sintēzei vienlaicīgi uz lokanā substrāta un pa tiešo uz amorfā kvarca virsmas; iepriekš sintezētu bismuta telurīda pārklājumu izpēte; datu par bismuta selenīda izgulsnēšanu uz eksfoliēta grafēna virsmas un iespēju izmantot eksperimentos ar citām metodēm iegūtu grafēnu analīze. Galvenie rezultāti:

• Zinātniskais raksts “Structure-determined thermoelectric properties of Bi₂Se₃ thin films deposited by vapour-solid technique” ir sagatavots un iesniegts publicēšanai IEEE konferenču rakstu krājumā.
• Projekta rezultāti tika prezentēti konferencē 18. IEEE Starptautiskā Nanotehnoloģiju Konferencē (IEEE Nano 2018 – the 18th IEEE International Conference on Nanotechnology)  mutiskā referāta veidā (“Vapour-solid deposition and enhanced thermoelectric properties of nanostructured bismuth selenide films”)
• Tika sintezēti pirmie vizuāli viendabīgie bismuta selenīda un bismuta telurīda pārklājumi uz amorfā kvarca virsmas. Notiek šo pārklājumu stehiometrijas, morfoloģijas, biezuma, elektrisku un termoelektrisku īpašību izpēte.
• Iepriekš iegūto bismuta telurīda pārklājumu izpēte parādīja, ka pārklājumi ir stehiometriski, bet to biezums ir 40-50 nm vai lielāks; tuprinās sintēzes procesa optimizācija. Notiek sintezēto pārklājumu elektrisku un termoelektrisku īpašību izpēte.