Projekta nosaukums: Mērogojamu uzklāšanas tehnoloģiju attīstīšana nākamās paaudzes jaukto anjonu plānām kārtiņām
Pētniecības pieteikuma nr: 1.1.1.9/LZP/1/24/011
Projekta ilgums: 01.07.2025.-30.06.2028.
Projekta vadītājs: Dr.phys. Mārtiņš Zubkins, Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūts (LU CFI)
Kopējais finansējums: 184 140 EUR
Eiropas Reģionālās attīstības fonda (ERAF) finansējums: 156 519 EUR
Valsts budžeta finansējums: 18 414 EUR
LU CFI finansējums: 9 207 EUR
Projekta kopsavilkums:
Jaukto anjonu plānajām kārtiņām piemīt unikālas strukturālas un funkcionālas īpašības, padarot tās par perspektīviem materiāliem dažādos inovatīvos pielietojumos, piemēram, viedajos logos, fotokatalīzē un enerģētikā. Šī projekta mērķis ir izstrādāt mērogojamas uzklāšanas tehnoloģijas, lai izgatavotu nākamās paaudzes jaukto anjonu savienojumu plānās kārtiņas ar funkcionālām īpašībām. Radot ilgtspējīgas, mērogojamas pārklājumu tehnoloģijas, projekts atbilst Latvijas Viedās specializācijas (RIS3) stratēģijām - 3. Viedie materiāli, tehnoloģijas un inženiersistēmas; 4. Viedā enerģētika.
Plānotās darbības ietver: (i) jaukto anjonu plāno kārtiņu izgatavošanu laboratorijas mērogā ar magnetrono izputināšanu, tostarp nanostrukturēšanu un izgatavošanas parametru optimizēšanu; ii) struktūras, ķīmiskā sastāva un funkcionālo īpašību noteikšanu, izmantojot modernas pētīšanas metodes, lai nodrošinātu atgriezenisko saiti izgatavošanas procesam; un (iii) uzklāšanas procesa mērogošanu, lai iegūtu augstas kvalitātes, vienmērīgus pārklājumus lielākās platībās.
Sagaidāmie rezultāti ietver itrija oksihidrīda (YHO) un pārejas metālu oksinitrīda (piem., TaON, Ti3O3N2, Zr3O3N3) plāno kārtiņu izgatavošanu ar uzlabotām īpašībām, detalizētu izpratni par to struktūras, sastāva un īpašību atkarībām un mērogojamu uzklāšanas protokolu, kas piemērots rūpnieciskiem pielietojumiem. Projekta ietekme ietver plāno kārtiņu klāsta paplašināšanu ar jaunām funkcionalitātēm, liela laukuma uzklāšanas tehnoloģiju attīstību un ieguldījumu pēcdoktorantūras pētnieka profesionālajā attīstībā, uzlabojot prasmes, zināšanas un pētniecības kapacitāti, tādējādi veicinot zinātnisko izcilību. Tiks publicēti četri zinātniskie raksti žurnālos, kas indeksēti Web of Science un Scopus datubāzēs, un izstrādāta un patentēta jauna kārtiņu uzklāšanas tehnoloģija. Pētījums tiks veikts Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūta (LU CFI) Plāno kārtiņu laboratorijā, kas ir augsti novērtēta institūcija materiālzinātnes un cietvielu fizikas jomās.
PROJEKTA PROGRESS
Laika periods: 01.01.2026. – 31.03.2026.
Izstrādes gaitā tika uzklāti pirmie fotohromo itrija oksihidrīda (YHO) plāno kārtiņu testa paraugi, izmantojot no ruļļa uz rulli (roll-to-roll, R2R) tehnoloģiju iekārtā RC-200-1. Uzklāšanas procesā tika variēts darba spiediens un gāzu atmosfēras sastāvs, lai optimizētu pārklājumu struktūru, optiskās īpašības un fotohromo aktivitāti.
2026. gada 24. februārī zinātniskajā žurnālā Vacuum tika publicēts raksts “Growth-controlled photochromism in yttrium oxyhydride thin films deposited by HiPIMS and pulsed-DC magnetron sputtering” (Vacuum 248 (2026) 115214; skat. attēlu), kas tapis sadarbībā ar Helsinku Universitāti (Somija) un KTH Karalisko tehnoloģiju institūtu (Zviedrija). Pētījumā izmantoti dati, kas iegūti ar PostDoc mobilitātes atbalstu.
Laika periods: 01.10.2025. – 31.12.2025.
Projekta ietvaros tika izgatavotas jaunas itrija oksihidrīda (YHO) plānās kārtiņas paaugstinātā temperatūrā (200 °C) uz amorfā silīcija dioksīda pamatnēm. Izgatavošanas procesā tika variēti vairāki parametri: (i) ūdeņraža un argona gāzu plūsmu attiecība un (ii) izgatavošanas ilgums, kas nosaka iegūto kārtiņu biezumu. Izgatavotajām kārtiņām tika veikti struktūras un optisko īpašību mērījumi, tostarp noteiktas arī to fotohromās īpašības.
Mārtiņš Zubkins no 29. līdz 31. oktobrim apmeklēja Helsinku Universitātes Akseleratoru laboratoriju (Somijā), kur veica YHO paraugu ķīmiskā sastāva analīzi, izmantojot ToF-E ERDA metodi, kā arī ieguva prasmes datu apstrādē. Vizītes laikā viņš uzstājās ar prezentāciju, iepazīstinot ar saviem pētījumiem un LU CFI darbību, kā arī pārrunāja ar laboratorijas kolēģiem turpmākās sadarbības iespējas.
No 11. līdz 12. decembrim M. Zubkins viesojās Tartu Universitātes Plāno kārtiņu tehnoloģiju laboratorijā. Divu dienu vizītes laikā notika tikšanās ar laboratorijas personālu, kuras ietvaros tika apspriesti augstas izšķirtspējas rentgenstaru difrakcijas (HR-XRD) mērījumu rezultāti fotohromajām YHO kārtiņām, kas uzklātas uz itrija stabilizētā cirkonija oksīda (YSZ) pamatnēm ar dažādām kristalogrāfiskām orientācijām. Rezultātu analīze sniedza būtisku ieguldījumu kārtiņu struktūras, tekstūras un epitaksiālās kvalitātes izpratnē.
Vizītes laikā tika panākta vienošanās par kopīgas zinātniskās publikācijas sagatavošanu, kas būs veltīta YHO kārtiņu uz YSZ pamatnēm struktūras un īpašību padziļinātai izpētei. Tāpat vizītes ietvaros tika nolasīts referāts “Deposition of photochromic metal oxyhydride and ultra-wide band gap oxide thin films by magnetron sputtering” laboratorijas seminārā.
Laika periods: 01.07.2025. - 30.09.2025.
Projekta īstenošanas gaitā tika sagatavoti itrija oksihidrīda (YHO) plāno kārtiņu paraugi uz dažādām pamatnēm, izmantojot magnetronā izputināšanas metodi. Pētījumos izmantotas stikla, monokristāliskā itrija stabilizētā cirkonija oksīda, silīcija un safīra (c-plaknes Al2O3) pamatnes. Paraugi tika izgatavoti ar mērķi noteikt to ķīmisko sastāvu, struktūru, svārstību spektrus un fotohromo efektu. Fotohromā efekta raksturošanai izmantots saules simulators, analizējot kārtiņu nokrāsošanās un atkrāsošanās dinamiku.
Tika nolasīts referāts “Role of hydrogen dynamics and deposition conditions in photochromic YHO/MoO3 bilayer films” starptautiskajā konferencē E-MRS Fall 2025 (15.-18. septembris), Varšava, Polija. Dalība konferencē veicināja LU CFI pētījumu atpazīstamību, jaunu kontaktu veidošanu (piemēram, Helsinku akseleratora laboratorija) un sniedza aktuālu ieskatu funkcionālo pārklājumu attīstības tendencēs, tieši atbalstot projekta mērķus. Tāpat apmeklēta RAC starptautiskā vasaras skola (24.–31. augusts) par difrakcijas un spektroskopijas metodēm materiālzinātnē (Tallina, Igaunija). Dalība pasākumā sekmēja starptautisko kontaktu paplašināšanu un iegūtās prasmes būs izmantojamas projekta realizācijā.
