„Изследване на пиезоелектричната реакция на слойни микрогенератори върху гъвкави подложки“

Име на проекта: № ДН 07/13 от 15.12.2016 г. „Изследване на пиезоелектричната реакция на слойни микрогенератори върху гъвкави подложки“

Продължителност: 15.12.2016 - 27.05.2020

Финансирано от:

Фонд „Научни изследвания“ към Министерство на образованието и науката

Анотация:

Проектът има за цел получаване на нови знания за механизмите на генерация на заряд в портативни пиезоелектрични елементи върху гъвкави носители и за зависимостта на пиезоелектричната реакция от разположението на пиезоелектричните области върху гъвкавия носител, вида на активния пиезоелектричен слой, технологичните режими за неговото получаване и параметрите на приложеното механично усилие. За целта се предвижда проектиране, получаване и изследване на пиезоелектрични генераторни елементи с потенциално приложение като алтернативни източници на енергия, изградени от слоеве с нано- и/или микроразмерна дебелина. Ще бъдат използвани различни технологии за получаване на слоеве от композитни органични и неорганични материали за активните пиезоелектрични слоеве, като ситопечат, вакуумно разпрашване, пулверизиране и атомно послойно отлагане. Научните задачи ще бъдат свързани с изясняване на физическата същност на процесите за повишаване на ефективността на преобразуване на механичната енергия в електрическа и начините те да бъдат контролирани и оптимизирани. Ще бъдат изследвани възможностите за намаляване влиянието на механичните напрежения върху стабилността на пиезоелектричната ефективност, намаляване на контактната потенциална разлика на интерфейсите електрод/преобразувателен слой, ходът на поляризационните процеси, влиянието на температурата върху подвижността на диполите и коефициентите на линейно разширение на гъвкавите носители. Новост в световен мащаб, в крак със съвременната тенденция за развитие на биосъвместими и екологично чисти продукти, е изграждането на изцяло полимерна пиезоелектрична структура, в която дори металните контакти са заместени с проводящ полимер от класа на политиофените. Изследването на такава структура би осигурило нови знания относно процесите, развиващи се на границата между полимерния електрод и функционалния полимерен слой.

Цел на проекта:

Целта на настоящия проект е изследване и подобряване на пиезоелектричната ефективност и механичната устойчивост на безоловни слойни гъвкави пиезоелектрични микрогенератори (ПЕМГ).
 
Подходите за засилване на пиезоелектричната реакция и чувствителност на тънкослойни ПЕМГ ще бъдат:
- изграждане на ПЕМГ върху гъвкави носители (полимерни подложки) с подходящо разположение на пиезоелектричните области, така че да изпитат максимално механично натоварване;
- използване на пиезокомпозити, тоест примесване на основния пиезоелектричен материали с подходящи добавки, влияещи върху елементния му състав и облекчаващи поляризацията;
- разработване на подходящи технологични режими на израстване, влияещи върху кристалографската ориентация и морфологията на пиезоелектричния слой и водещи до засилване на асиметрията в решетката на слойния материал, което от своя страна да усили пиезоелектричния ефект.
Подходите за повишаване на устойчивостта при механично натоварване са:
- нанасяне на пиезоелектрични слоеве с микронна дебелина чрез използване на дебелослойна технология (ситопечат);
      - изграждане на ПЕМГ елемент с пиезоелектрични слоеве на полимерна основа или са изцяло полимерни елементи (включително и електродите). Достатъчно пластични, с нисък модул на Юнг, полимерните електроди и пиезоелектрични покрития се очаква да поемат деформациите и да издържат на по-големи натоварвания без възникване на пукнатини в слоевете, за разлика от металните си и неорганични аналози. Цялата структура е върху сгъваемо фолио и представлява технологично предизвикателство за получаването на качествени покрития върху него без температурата на технологичните процеси при нанасянето им да деформира топлинно фолиото.
       За да се демонстрира постигнатия ефект от прилагането на описаните подходи, е необходимо да се избере подходяща електронна схема за обработка на генерирания от ПЕМГ сигнал и да се съгласуват импедансите на двете устройства за намаляване на загубите при отдаване на електрическа мощност върху товар.   

Екип от ТУ-София:

Екип от ТУ-София:
Доц. д-р Мария Петрова Александрова – Пандиева
Доц. д-р Красимир Христов Денишев
Доц. д-р Георги Христов Добриков
Доц. дн Ивайло Миланов Пандиев
Д-р инж. Георги Добрев Колев
Докторант маг. инж. Йорданка Дилянова Вучева
Докторант маг. инж. Цветозар Дамянов Цанев
Студент маг. инж. Милети Стефанов Фъртунков
Студент бак. инж. Иван Тодоров Тодоров

Допълнителна информация:

https://maleksandrova.wixsite.com/oled/recent-projects

Координатор на проекта: Доц. д-р инж. Мария Петрова Александрова – Пандиева