Vpliv dislokacij induciranih s hladnim sintranjem na feroelektrično polarizacijo
Oznaka in naziv projekta
J2-50077 Vpliv dislokacij induciranih s hladnim sintranjem na feroelektrično polarizacijo
J2-50077 Dislocation imprint by cold sintering to tailor ferroelectric polarization
Logotipi ARIS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: doc. dr. Mojca Otoničar
Sestava projektne skupine: [https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/20787]
Vsebinski opis projekta
Slovensko - kratek opis
Zmanjšanje stroškov energije pri izdelavi novih funkcijskih materialov za učinkovito napajanje sodobne elektronske opreme ter čim večja samooskrba naprav s potrebno energijo sta poglavitni skrbi znanstvenikov in družbe. V projektu želimo uvesti postopek hladnega sintranja za izdelavo posodobljenih feroelektričnih materialov - materialov, ki omogočajo učinkovito rabo in pretvorbo energije. Glavni cilj je izkoristiti mehanizme, na katerih temelji nizkotemperaturna tehnika hladnega sintranja (< 300 °C), ki ob pomoči tlaka in raztopin učinkuje na zgoščevanje z raztapljanjem pod vplivom tlaka. Postopek ima potencialno številne prednosti pred visoko-temperaturno obdelavo, npr. manjšo porabo energije in preprečitev hlapenja škodljivih elementov, omejitev pretirane rasti zrn, difuzije elementov med različnimi fazami, omejevanje mobilnosti defektov, idr. Mehano-kemijski proces raztapljanja med sintranjem nadalje botruje nastanku intrinzičnih defektov - dislokacij in drugih napak, kjer se naboj in napetosti v kristalni mreži kopičita, kar preko interakcije defektov z domenskimi stenami ter vplivanjem na mobilnost sten omogočajo prilagajanje funkcijskih odzivov feroelektrikov. Namen projekta je raziskati celokupen potencial oblikovanja napredne feroelektrične keramike z vtiskanjem kristalnih defektov s hladnim sintranjem, t.i. kontrolirano nanostrukturiranje.
Defekti različnih dimenzij, inducirani s hladnim sintranjem močno vplivajo na velikost, obliko, vpenjanje in gibanje domenskih sten, kar spreminja feroelektrikom njihove edinstvene lastnosti. Zato so cilji projekta (1) razumeti, kako lahko s procesi hladnega sintranja nadzorujemo stanje napak v materialih; (2) preučiti defekte, zlasti dislokacije, na atomski ravni in analizirati porazdelitve nabojev in napetosti v okolici defektov, ter njihove interakcije z domenskimi stenami, kar je ključno za razumevanje in prilagajanje elektromehanskih odzivov feroelektrikov. Uvedli bomo tehniko 4D presevne elektronske mikroskopije, ki ponuja edinstven zajem elektronskih difrakcij za zaznavanje premikov v elektronskih gostotah, kar bo prispevalo k razumevanju lokalne porazdelitve polarizacije in mehanskih napetosti. Nazadnje je cilj (3) preučiti povezave med pogoji sintranja, induciranimi defekti in funkcijskimi lastnostmi preko meritev električne prevodnosti in dielektričnih izgub v različnih atmosferah ter meritvami polarizacije in napetosti v električnem polju. Doseganje omenjenih ciljev je pomembno za razumevanje narave defektov, in bo omogočilo njihovo kontrolo in s tem krojitev možnosti shranjevanja in elektromehanske pretvorbe energije.
English - short description
In this project, we will investigate unique defects (dislocations) produced during cold sintering, which is a newly developed low-energy consumption technique, to better understand their formation and role in order to exploit them for designing new and improved ferroelectric energy-related materials. To this aim, we will (1) unravel the mysteries of the cold sintering mechanisms, (2) manipulate defects, i.e., cold-sintering-induced dislocations, (3) precisely determine the states of stresses and charges and their distribution in the vicinity of dislocations using the sub-atomic 4D STEM microscopy, to understand the effects of induced defects on polarization, their interactions with ferroelectric domain walls, and thus on the ferroelectric functionalities.
Faze projekta in opis njihove realizacije
1. Faza: Optimizacija postopka hladnega sintranja feroelektrikov in izboljšanje razumevanja mehanizmov sintranja
2. Faza: Manipulacija induciranih defektov (dislokacij) s hladnim sintranjem in s tem krojitev funkcijskih lastnosti feroelektrikov
3. Faza: Določanje stanja napetosti in porazdelitev nabojev v okolici dislokacij s pomočjo 4D STEM mikroskopske metode, za razumevanje vpliva defektov na polarizacijo in interakcijo z domenskimi stenami
4. Faza: Določitev tipa točkovnih defektov preko meritev prevodnosti v različnih atmosferah