Projekta nosaukums: Ilgtspējīgi termoelektriskie materiāli no biopolimēriem un zemes bagātīgiem neorganiskiem kompozītmateriāliem
Pētniecības pieteikuma nr: 1.1.1.9/LZP/1/24/043
Projekta ilgums: 01.02.2025.-31.01.2028.
Projekta vadītājs: Ph.D. Bejan Hamawandi
Kopējais finansējums: 184 140 EUR
Eiropas Reģionālās attīstības fonda (ERAF) finansējums: 156 519 EUR
LU CFI finansējums: 9 207 EUR
Projekta kopsavilkums:
Projekta mērķis ir izstrādāt nākamās paaudzes kompozītmateriālu termoelektriskos (TE) materiālus un ierīces, izmantojot ilgtspējīgus biopolimērus un neorganiskus materiālus, koncentrējoties uz progresīviem materiāliem un nanotehnoloģijām. Galvenās aktivitātes ietver daudzveidīgu TE kompozītu izveidi, TE kārtiņu un konstrukciju izgatavošanu ar dažādām drukāšanas tehnikām un simulāciju veikšanu pirms TE ierīces izgatavošanas. Plānotie rezultāti ietver efektīvus TE materiālus, uzlabotu resursu efektivitāti, TE ierīces sensoriem un biomedicīnas lietojumiem, kā arī TRL sasniegšanu 4+ gala ierīcēm. Projekta kopējās izmaksas ir 184 140,00 EUR, ar plānoto atbalstu no Eiropas Reģionālās attīstības fonda 156 519,00 EUR , un ilgums ir 36 mēneši (01.02.2025. - 31.01.2028.). Projekta ietvaros tiks izstrādāti jaunas TE kompozītmateriālu sistēmas, kuru pamatā ir n un p tipa TE materiāli, piemēram, (Cu2-xSe, Cu2-xS, SnSe, ZnS, Ag2Se, TiS2, FeS u.c.) kā pildvielas, kas iestrādātas videi draudzīgos organiskos dabiskos polimēros, piemēram, celulozē, lignīnā un hitozāna polimēros. Galvenais mērķis ir novērtēt neorganisko nanostrukturēto materiālu mērogojamību, izmantojot ķīmisko risinājumu metodes un liela apjoma mikroviļņu sintēzi. Kompozītmateriāla neorganiskā sistēma tiks izgatavota, iestrādājot neorganiskos materiālus videi draudzīgā organiskā matricā, kas tiks uzklāta uz lielām virsmām TE transporta novērtēšanai un izmantota, lai izveidotu TE ģeneratora (TEG) prototipu, izmantojot 3D ekstrūzijas printeri. Projekta oriģinalitāte slēpjas kompozītmateriālu koncepcijā, uzlabojot TE materiālu ilgtspēju un elektronisko pielāgojamību, lai atgūtu zemas kvalitātes siltuma pārpalikumu.
PROJEKTA PROGRESS
Laikaposms: 01.08.2025. - 15.01.2026.
Tika izstrādāta hidrotermiskās sintēzes metode istabas temperatūrā CuI termoelektrisko materiālu un to dopēto alternatīvu iegūšanai.
Vara jodīds (CuI), dopēts ar vairākiem elementiem, piemēram, sudrabu (Ag), cinku (Zn), bismutu (Bi) un cēziju (Cs), tika pētīts dažādās dopēšanas koncentrācijās.
Tika izgatavoti pulveri un auksti presēti paraugi (granulas), kas raksturoti, izmantojot XRD, SEM un temperatūras atkarīgo XAS. Pēc tam tika novērtētas dopēto CuI paraugu elektroniskā transporta īpašības, atklājot būtiskas izmaiņas Zībeka koeficientā istabas temperatūrā.
Tika izgatavots hibrīds termoelektrisks organiskais/neorganiskais kompozīts, izmantojot nanostrukturētus Sb₂Te₃ materiālus kā neorganisko pildvielu un polietilēna oksīda (PEO) polimēru kā organisko komponenti.
Sadarbības rezultātā starp ISSP Organisko materiālu laboratorijas pētnieku un KTH Nanoķīmijas grupu tika publicēts zinātnisks raksts: ”Enhanced Stability of Water-Processed Sb2Te3: PEO Thermoelectric Hybrids via Thiol-Based Surface Functionalization”.
Tika apmeklēta konference ECT2025 (21. Eiropas termoelektrikas konference), kurā tika sniegta mutiska prezentācija ar nosaukumu: „Scalable Solution Chemical Synthesis of Nanostructured Thermoelectric Materials”.
Mobilitātes programmas ietvaros apmeklēts KTH Royal Institute of Technology sadarbības veidošanai un zinātniskā manuskripta iesniegšanai.
Projekta pieteikums rentgenstaru absorbcijas spektroskopijas mērījumiem uz CuI bāzes materiāliem PETRA III sinhrotrona P65 staru līnijā Vācijā tika apstiprināts, un mērījumi tika veiksmīgi īstenoti sadarbībā ar ISSP EXAFS spektroskopijas laboratoriju un KTH Nanoķīmijas grupu.
Laikaposms: 01.02.2025. – 31.07.2025.
Šajā projekta periodā tika nodrošināti nepieciešamie materiāli un apmācība. Ir panākts progress kompozītmateriālu termoelektrisko (TE) materiālu izstrādē, koncentrējoties uz materiālu sintēzi un raksturošanu.
Sintētiski tika iegūti nanostrukturēti TE materiāli, piemēram, bismuta telurīds (Bi₂Te₃), antimona telurīds (Sb₂Te₃), alvas selēnīds (SnSe) un vara jodīds (CuI), izmantojot šķīduma ķīmisko metodi ar ūdeni un polialkoholu kā šķīdinātājiem.
Lai samazinātu reakcijas laiku, samazinātu enerģijas patēriņu, iegūtu identiskus materiāla fāzes un paaugstinātu kristāliskumu ar augstu iegūtā materiāla ražību, tika izmantota mikroviļņu (MW) asistēta sildīšana kopā ar šķīduma sintēzi.
Iegūtie TE materiāli tika raksturoti ar dažādām metodēm, tostarp strukturālo analīzi ar rentgenstaru difrakciju (XRD), morfoloģisko novērtējumu ar skenējošo elektronu mikroskopiju (SEM) un absorbcijas spektroskopiju, izmantojot temperatūras atkarīgus rentgenstaru absorbcijas spektroskopijas (XAS) mērījumus.
Paraugiem tika veikti TE transporta mērījumi (Zēbeka koeficients un elektriskā vadītspēja), lai pārbaudītu to veiktspēju.
Kā daļa no mobilitātes shēmas man bija iespēja apmeklēt KTH Karalisko tehnoloģiju institūtu, lai veiktu sadarbību un paraugu sagatavošanu.
Sagatavots un iesniegts pieteikums par sinhrontronā starojuma rentgenabsorbcijas mērījumu veikšanu 2025. gada rudenī DESY PETRA-III sinhrontrona iekārtā Vācijā.
Ir iesniegts abstarkts ECT2025 (21. Eiropas termoelektrības konferencei) 2025. gada septembrī un tas ir pieņemts mutiskai prezentācijai.
Tiek gatavots zinātniskais raksts par termoelektrisko ģeneratoru veiktspējas uzlabošanu, vadoties pēc simulācijas rezultātiem, un tas drīzumā tiks iesniegts publicēšanai.