Zmluva na projekt

Zmluva o poskytnutí nenávratného finančného príspevku č. 009/2019/1.1.3/OPVaI/DP

Hlavné ciele projektu

Slovenská technická univerzita v Bratislave – Materiálovotechnologická fakulta so sídlom v Trnave je schopná dosiahnuť štatút medzinárodne vedecky konkurencieschopného centra v oblasti materiálového výskumu využívajúceho technológie iónových zväzkov a plazmy, ale aj v interdisciplinárnych oblastiach výskumno-vývojových aktivít vďaka podpore v rámci operačného programu Výskum a inovácie pre projekt: Vedeckovýskumné centrum excelentnosti SlovakION pre materiálový a interdisciplinárny výskum, kód projektu v ITMS2014+ : 313011W085 spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja. Cieľom je vytvorenie udržateľného prostredia na realizáciu aktivít v oblasti materiálového výskumu, vývoj nových materiálov, najnovšie diagnostické metódy, simulácie a modelovanie v materiálovom inžinierstve a materiálové vlastnosti a tiež v oblasti IKT, kde sa projektové aktivity sústreďujú na spracovanie a analýzu signálov, simulácie a modelovanie, strojové učenie a integráciu riadenia a signálov. Využitie bude mať v priemysle v rôznych aplikáciách automobilového priemyslu, optike, elektrotechnike, fotovoltaike, príp. špecifických technológiách displejov, výrobných technológiách, informačných a komunikačných technológiách, optike, senzorike.

 

Generálnym strategickým cieľom projektu s názvom „Vedeckovýskumné centrum excelentnosti SlovakION pre materiálový a interdisciplinárny výskum“ je vytvorenie udržateľného excelentného výskumno-vývojového, inovačného a inštitucionálno-riadiaceho prostredia. Hlavná aktivita žiadateľa sa bude zameriavať na realizáciu VaV úloh najmä v prioritných oblastiach RIS3: „Materiálový výskum a nanotechnológie“ s previazaním aj na oblasť „Informačné a komunikačné technológie“, ktorá je nevyhnutná pre úspešné naplnenie cieľov a aktivít projektu, či už v rámci:

  1. a) podpornej oblasti výskumu a vývoja vo vyššie uvedených oblastiach, napr. konkrétne pri realizácii meracích systémov Time-of-Flight ERDA a ich integrácie do urýchľovacieho systému Tandetron 6MV. Jadrová a výpočtová elektronika tvorí nevyhnutné pozadie pre úspešnú realizáciu fyzikálnych úloh vyplývajúcich z merania.
  2. b) interdisciplinárneho výskumu za účelom transferu know-how z iných vedných oblastí, ktoré ponúkajú sofistikované metódy spracovania a analýzy dát a ktoré nie sú štandardne rozšírené v materiálových vedách. Našim dominantným záujmom v takejto interdisciplinárnej stratégii je štúdium signálu ako takého. Pôvodne navrhnuté metódy pre astrofyziku majú uplatnenie v štúdiu kváziperiodických nano-prvkov na povrchoch materiálov, alebo nepotrebujú ekvidistantné dáta čo je obmedzujúca podmienka Fourierovej analýzy v prípade mikroskopie a pod.. Cieľom je osvojiť si špecifické metódy používané v iných vedných oblastiach ako je analýza svetelných kriviek akrečných procesov (astrofyzika) alebo štúdium EEG signálu z mozgu (neurovedy) a dostať sa tak o krok vpred čo sa týka analýzy elektrónovej alebo AFM mikroskopie.

 

Aktivity projektu:

Hlavná aktivita projektu je „Rozvoj excelentného pracoviska a posilnenie vedeckého inštitútu SlovakION pre etablovanie sa v ERA v transdicsiplinárnych VaVoblastiach RIS3“ a bude realizovaná v týchto bodoch:

  1. Výskum nanoštruktúrnych materiálov a funkčných tenkých vrstiev
  2. Iónové technológie
  3. Modelovanie a simulácie v procesnom a materiálovom inžinierstve
  4. Rozvoj a modernizácia výskumno-vývojovej a technologickej infraštruktúry SlovakION

SlovakION sa aktívne zaoberá iónovými a plazmovými technológiami, ktoré sa stali kľúčovými výskumnými technológiami umožňujúcimi európsku inováciu v rôznych oblastiach vrátane materiálových vied, aplikovanej elektroniky a inžinierstva povrchov. Predovšetkým existuje obrovský potenciál technológií iónových zväzkov a plazmy na podporu inovácie produktov. Z historického hľadiska v európskych pracoviskách s iónovými zväzkami sa prejavuje nedostatočná prepojenosť s priemyslom a nerovnomernosť dostupnosti v rôznych regiónoch, ktoré je potrebné prekonať.

Technológie iónových zväzkov sa môžu považovať za „švajčiarsky nôž“ inžinierstva povrchov, pretože sa odvíjajú od typu iónov, ich energie a dávky, pričom nimi možno upraviť a zlepšiť takmer všetky povrchové vlastnosti (tribologické, optické, elektronické, magnetické) materiálov. Tiež umožňujú modifikáciu materiálov na nanoúrovni, ako aj spracovanie veľkých plôch, pretože iónový zväzok a plazmové metódy sú škálovateľné a rešpektujú rozmery materiálov. Navyše rôzne dobre vyvinuté metódy analýzy iónového zväzku sú schopné charakterizovať elementárne zloženie materiálov. To poskytuje obrovský potenciál pre aplikácie v rôznych odvetviach. Vedecké centrum SlovakION zameriava svoju činnosť najmä na dve výskumné oblasti, ktoré sú pre slovenskú ekonomiku obzvlášť zaujímavé:

  1. Nové progresívne materiály, nanomateriály, prvky a štruktúry: Nové materiály sú čoraz viac založené na nanokompozitoch, nanočasticiach alebo štruktúrovaných povrchových nanoštruktúrach. Možnými aplikáciami v oblasti inžinierskych materiálov sú: zníženie opotrebenia, zlepšená odolnosť proti korózii, tepelná stabilita tenkých vrstiev, dekoratívne efekty atď. Plazmové a implantačné techniky používajúce energetické ióny sú ideálnym nástrojom na generovanie takýchto nanomateriálov, pretože môžu obchádzať termodynamické limity. Výskum v tejto oblasti má veľký význam pre ekonomickú infraštruktúru na Slovensku, pokiaľ ide o automobilový a strojársky priemysel. Úlohy, ktoré sa majú riešiť v rámci tohto projektu, vyžadujú úpravu a modernizáciu existujúcich depozičných zariadení. Modernizácia je v súčasnosti veľmi žiadúca, pretože pôvodné špecifikácie navrhnuté pred niekoľkými rokmi nedokázali sledovať súčasné najmodernejšie technologické trendy. Dodávané magnetrónové systémy môžu poskytovať len štandardné DC (reaktívne) magnetronové naprašovanie až do 500 ° C a RF rozprašovanie s RF predpätím pri izbovej teplote. Keďže najnovší trend technológie naprašovania nie je zohľadnený, je veľmi žiaduce, aby základný vývoj smerom k vyšším plazmovým hustotám a vyššiemu stupňu ionizácie cieľových materiálov bol realizovaný zodpovedajúcou modernizáciou existujúcich systémov. Táto inovácia nielenže výrazne rozšíri možnosti výskumných aktivít, ale aj zvýši atraktívnosť centra SlovakION ako partnera v oblasti depozičných technológií a vytvorí lepšie postavenie pri vývoji a výskume pre domácu a medzinárodnú spoluprácu.
  2. Implementácia iónových technológií: Iónové zväzky sú základným nástrojom v rôznych oblastiach elektroniky s ohľadom na dopovanie, chemickú syntézu alebo generovanie defektov, ktoré umožňujú realizovať jedinečné funkčné materiály. Možné aplikácie sa pohybujú od optických zariadení / displejov, senzorov / snímačov, uchovávanie dát alebo spínacích zariadení s vysokým inovačným potenciálom. Implantácia iónov môže výrazne zlepšiť vlastnosti klasických zariadení (napr. v polovodičových materiáloch) s ohľadom na ich energetickú účinnosť. Pomocou analýzy iónových zväzkov (IBA) je možné stanoviť kvantitatívne elementárne zloženie materiálových povrchov alebo tenkých vrstiev. Interakcia iónových zväzkov s látkou je vždy komplexný proces, ktorý súčasne zahŕňa mnoho rôznych účinkov, ktoré sú navzájom spojené. Avšak správnym výberom parametrov dopadajúceho zväzku (ako napr. energia, intenzita, typ častice atď.), cieľového materiálu (hustota, zloženie, štruktúrne usporiadanie a pod.) a experimentálnych podmienok môžu byť niektoré účinky do značnej miery potlačené, zatiaľ čo ostatné môžu byť dominantné. Analýza pomocou iónových zväzkov (IBA) sa zaraďuje medzi nedeštruktívne techniky, treba však mať na pamäti, že do určitej miery tiež ovplyvňuje analyzovanú vzorku. Analýza povrchov a tenkých vrstiev pomocou iónového zväzku v materiálovom inžinierstve dodáva potrebné informácie o prvkovom zložení s citlivosťou až na ppm a koncentračné profily sledovaných prvkov do hĺbky skúmaného substrátu desiatky mm, detekciu stopových množstiev prímesí/kontaminantov s izotopickým rozlíšením. Ďalej poskytuje informáciu o kvalite kryštalickej mriežky, resp. úrovni poškodenia/amorfizácie.

V súčasnosti sú na 6MV tandemovom urýchľovači využívané metódy PIXE, RBS a ERD. Štandardná PIXE analýza sa uskutočňuje s protónovým lúčom s energiou 4 MeV. Existujú samozrejme odchýlky od týchto štandardných podmienok lúčov, ktoré používajú nižšiu, ako aj vyššiu energiu. Energia 12 MeV predstavuje maximálnu dosiahnuteľnú energiu pre protóny na urýchľovači 6 MV. Metóda RBS je realizovaná prostredníctvom 2 MeV He iónov, pričom maximálna možná energia He iónov v urýchľovači je 18 MeV. Súčasné aktivity sú tiež zamerané na vývoj interných postupov IBA, ktoré umožňujú priebežné riadenie procesov.

 

Hlavná aktivita žiadateľa sa bude zameriavať na realizáciu VaV úloh najmä v prioritných oblastiach RIS3: „Materiálový výskum a nanotechnológie“ s previazaním aj na oblasť „Informačné a komunikačné technológie“, ktorá je nevyhnutná pre úspešné naplnenie cieľov a aktivít projektu, či už v rámci:

  1. podpornej oblasti výskumu a vývoja vo vyššie uvedených oblastiach, napr. konkrétne pri realizácii meracích systémov Time-of-Flight ERDA a ich integrácie do urýchľovacieho systému Tandetron 6MV. Jadrová a výpočtová elektronika tvorí nevyhnutné pozadie pre úspešnú realizáciu fyzikálnych úlohy vyplývajúcich z merania.
  2. interdisciplinárneho výskumu za účelom transferu know-how z iných vedných oblastí, ktoré ponúkajú sofistikované metódy spracovania a analýzy dát a ktoré nie sú štandardne rozšírené v materiálových vedách. Našim dominantným záujmom v takejto interdisciplinárnej stratégii je štúdium signálu ako takého. Pôvodne navrhnuté metódy pre astrofyziku majú uplatnenie v štúdiu kváziperiodických nano-prvkov na povrchoch materiálov, alebo nepotrebujú ekvidistantné dáta čo je obmedzujúca podmienka Fourierovej analýzy v prípade mikroskopie a pod.. Cieľom je osvojiť si špecifické metódy používané v iných vedných oblastiach ako je analýza svetelných kriviek akrečných procesov (astrofyzika) alebo štúdium EEG signálu z mozgu (neurovedy) a dostať sa tak o krok vpred čo sa týka analýzy elektrónovej alebo AFM mikroskopie.

Hlavnou doménou podľa priorít inteligentnej špecializácie RIS3 je Priemysel pre 21. storočie, s podporou v doméne Digitálne Slovensko a kreatívny priemysel. Výstupy z projektu budú mať uplatnenie aj v iných ako definovaných doménach (po ďalšom výskume-vývoji a modifikáciách) – napr. v Doprave. Definované vedecko-výskumné oblasti a úlohy nadväzujú priamo na poslanie UVP STU (ako aj priority RIS3 SK), ktorého je SlovakION súčasťou (materiálový výskum a nanotechnológie, informatika a automatizácia).