"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF8377
ETF8377 "Mikrotorujate oksiidstruktuuride väljatöötamine metalloksiidide plastse-elastse kontrollitava ülemineku teel (1.01.2010−31.12.2013)", Ants Lõhmus, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Füüsika Instituut.
ETF8377
Mikrotorujate oksiidstruktuuride väljatöötamine metalloksiidide plastse-elastse kontrollitava ülemineku teel
Elaboration of tubular microstructures by conrolled plastic-elastic transformation of alkoxide surfaces
1.01.2010
31.12.2013
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.12. Protsessitehnoloogia ja materjaliteadusT151 Optilised materjalid 2.3. Teised tehnika- ja inseneriteadused (keemiatehnika, lennundustehnika, mehaanika, metallurgia, materjaliteadus ning teised seotud erialad: puidutehnoloogia, geodeesia, tööstuskeemia, toiduainete tehnoloogia, süsteemianalüüs, metallurgia, mäendus, tekstiilitehnoloogia ja teised seotud teadused).34,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.12. Protsessitehnoloogia ja materjaliteadusT150 Materjalitehnoloogia2.3. Teised tehnika- ja inseneriteadused (keemiatehnika, lennundustehnika, mehaanika, metallurgia, materjaliteadus ning teised seotud erialad: puidutehnoloogia, geodeesia, tööstuskeemia, toiduainete tehnoloogia, süsteemianalüüs, metallurgia, mäendus, tekstiilitehnoloogia ja teised seotud teadused).33,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.10. FüüsikaP250 Tahke aine: struktuur, termilised ja mehhaanilised omadused, kristallograafia, phase equilibria1.2. Füüsikateadused (astronoomia ja kosmoseteadus, füüsika ja teised seotud teadused)33,0
PerioodSumma
01.01.2010−31.12.2010273 600,00 EEK (17 486,23 EUR)
01.01.2011−31.12.201117 486,40 EUR
01.01.2012−31.12.201217 486,40 EUR
01.01.2013−31.12.201317 486,40 EUR
69 945,43 EUR

Projekti eesmärgiks on selgitada metalli alkoksiididel baseeruvate geelide tahkestumis ülemineku kriitilisi parameetreid, sünteesimaks erinevat tüüpi metaalli oksiidstruktuure: mikrotorud ja mikrorullid. Projekt on plaanis rajada järgnevatele hüpoteesidele: *Nano kilede pragunemist segmentideks ja nende rullumist torujateks struktuurideks on võimlik kontrollitult suunata väliste faktorite (lähtematerjali kontsentratsioon, keskonna niiskus, temperatur, ioniseeriv kiirgus, jne.) varieerimisega süsteemis. Eesmärgiks on saavautad täpne kontroll rullunud struktuuride mõõtmete üle. Uudsusest ja geomeetria ning tekkemehanismi unikaalsusest põhjustatuna ei ole senini materjalile kindlat rakendust veel välja töötatud. Saadud materjalid (nt. TiO2, ZrO2, HfO2 ja nende segud) omavad mitmeid märkimisväärseid omadusi (nt. keemiline vastupidavus, kõrge sulamistemperatuur,suur kõvadus, hea läbipaistvus, suur eripindala ja torujas geomeetria), nende koostis ja morfoloogia muudvad need pontentsiaalselt atraktiivseks kasutamaks erinevates rakendustes. *Fiibrite tahkestumise protsessi on võimalik süsteemi parameetreid kontrollides suunata nii, et eelistatult tekivad seest õõnsad fiibrid. Hüpoteesid on vastastikku seotud, sest tekkinud torujad struktuurid baseeruvad samadel füüsikalistel ja keemilisel protsessidel mis leiavad aset alkoksiidi süsteemis selle vanandamisel. Sellest lähtuvalt tekib uus tunnetuslik tervik ja teadusliku uurimistöö sünergeetiline kompleks. Protsessi tunnetusliku väärtuse selgitamiseks viikase läbi eksperimentaalsed ja teoreetilised uuringud. Potentsiaalsete rakenduste hulka laiendatakse toetudes teoreetilisele võimalusele, et metalloksiide on võimalik viia metallkarbiidiks ilma, et oluliselt muutuks struktuuride geomeetriline kuju. Projektis läbiviidav töö on plaanitud erinevate hüpoteetiliste rakenduste nagu kromotograafia, gaasi sensorid, komposiidid ja bio-materjalid hindamiseks. Projektis valmistatud materjalidel on potentsiaalselt mitmeid järgnevaid rakendusi: miniatuursed juga-sedmed, kütuse-elemendid, kõrgtemperatuursed düüsid, katalüsaatori kandja, termoisolatsioon kihid, vesiniku separeerimissüsteemi katoodimaterjalide toestusstruktuurid, optilised kiibid. Teostatava projekti oodatav väljund tuleb läbi karakteriseerimise (mikroskoopia, mehaniline testimine ja funktsionaalsus rakendustes), sünteesi meetodite piiride ja võimaluste hindamise ja baasi loomise edasiste konkreetsete rakendus väljaselgitamisel.
The purpose of the project is to study critical aspects of elastic-rigid transition of metal alkoxide- based gels in order to prepare two kinds of miniature metal oxide structures: microtubes and microrolls. Research is consequently planned to be based on following hypotheses: *Cracking of gel nano-films into segments that subsequently roll into tubular structures can be directed by modifying the system or using external factors (precursor concentration, ambient humidity, temperature, ionizing radiation etc.). Control over morphology and dimensions is pursued. Since this material is novel and unique in its formation mechanism and geometry and has not been elaborated with a specific use in mind, then no certain applications have emerged yet. Obtained metal oxide structures have several remarkable properties (e.g. chemical resistivity, high melting point, hardness, transparency, large specific area, tube-like geometry) due to their composition and morphology that make these potentially valuable for various applications. *Solidification processes of drawn fibers can be directed by controlling system parameters so that formation of hollow fibers is favoured. These hypotheses are interconnected, since the formation of both tubular structures is based on same chemical and physical processes in alkoxide systems that occur upon ageing. Thus a cognitive whole and closed circle of scientific subjects is formed. Additionally, both kinds of tubular structures can be functionalized by adding dopants (e.g. optically active ions) or transformed into corresponding metal carbides without altering the shape of the structures. Experimental and theoretical studies are carried out to determine the cognitive value of the processes. This project is aimed at estimating the potential of using prepared novel roll and tube structures in different, at this point hypothetical applications like chromatography, gas sensors, composites, sustained release and bio-materials, micro-fluidics, fuel-cells, high-temperature spray-nozzles, catalysts and supports, thermal isolation, cathode supports in the separation of hydrogen, optical micro-chips. Expected outcome of this project is thorough material characterization (by microscopy, mechanical testing and performance in applications), determination of limitations and possibilities of the preparation methods and creating a base for launching further studies on specific applications.