Identifikācijas numurs: 1.1.1.3/1./24/A/077
Tips: Eiropas Reģionālās attīstības fonds (ERAF)
Projekta ilgums: 01.06.2025 - 31.05.2028.
Projekta vadītājs: Dr. Juris Purāns, Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūts (LU CFI)
Atbildīgais no LU CFI: Dr. Juris Purāns, LU CFI
Sadarbības partneri: Sidrabe Vacuum Ltd, AGL Technologies Ltd.
Kopējais finansējums: 651 899 EUR
ERAF finansējums: 506 249 EUR
Mērķis:
Šī projekta mērķis ir izstrādāt un optimizēt progresīvas no Ruļļa-uz-rulli (R2R) uzklāšanas tehnoloģijas liela mēroga funkcionālo pārklājumu izgatavošanai, koncentrējoties uz to pielietojumu Viedajos Logos un Antimikrobiālajos Pārklājumos (R2R-SWAC).
Kopsavilkums:
Projekts paredz uzklāt plānās kārtiņas no fotohromā itrija oksihidrīda (YHO), fotokatalītiskā cinka ferīta (ZnxFe3−xO4) un hidrofobiem jauktu metālu oksīdiem (piemēram, TiO2, ZnO, SnO2) ar īpaši pielāgotām ķīmiskām, strukturālām un funkcionālām īpašībām, izmantojot mērogojamas magnetronās izputināšanas metodes, tostarp augstas jaudas impulsu magnetrono izputināšanu (HiPIMS). Projekta mērķis ir sasniegt tehnoloģiskās gatavības līmeni (TRL) 4. Projekta ilgums – 36 mēneši.
Sagaidāmie rezultāti un nodevumi:
Inovatīvas YHO plānās kārtiņas: Noturīgi un mērogojami fotohromie pārklājumi viedajiem logiem, demonstrējot prototipu un publicētu zinātnisko rakstu.
Uzlaboti antimikrobiālie pārklājumi: Fotokatalītiskās cinka ferīta un hidrofobās metāla oksīdu plānās kārtiņas, lai novērstu mikrobu piesārņojumu, publicēti zinātniskie raksti.
Optimizēta HiPIMS tehnoloģija: Mērogojama un izmaksu efektīva R2R magnetronā izputināšana liela mēroga pārklājumiem, kā rezultātā tiks sagatavots patentpieteikums.
LU CFI uzdevumi:
Plāno kārtiņu uzklāšanas iekārtu sagatavošana gan laboratorijas mēroga, gan liela laukuma R2R sistēmām.
Hidrofobo metāla oksīdu (piemēram, TiO2, ZnO, SnO2) uzklāšanas procesa izstrāde un optimizēšana laboratorijas mērogā uz stikla un polimēru pamatnēm, izmantojot gan impulsa-DCMS, gan HiPIMS, un uzklāšanas parametru pielāgošana, lai mainītu virsmas morfoloģiju un ķīmiju.
Fotokatalītiskā ZnxFe3−xO4 uzklāšanas procesa izstrāde un optimizēšana laboratorijas mērogā uz stikla un polimēru pamatnēm, pielāgojot uzklāšanas parametrus, lai mainītu struktūru un palielinātu virsmas raupjumu.
Visefektīvāko antimikrobiālo kārtiņu uzklāšanas procesa pārnešana uz R2R sistēmu, ieskaitot uzklāšanas parametru optimizāciju un polimēra pirmsapstrādi.
PROJEKTA PROGRESS
Laika periods: 01.03.2026. - 31.05.2026.
Fotohromo pārklājumu pētījumi
Uzsākta jaunas YHO paraugu (laboratorijas mēroga) sērijas izgatavošana, sistemātiski variējot plāno kārtiņu uzklāšanas jaudu, lai novērtētu tās ietekmi uz materiāla fizikālajām īpašībām. Katram izvēlētajam jaudas režīmam tiek optimizēts arī uzklāšanas spiediens, nodrošinot procesa norisi optimālos tehnoloģiskajos apstākļos. Papildus tiek veikti eksperimenti ar dažādām pamatnēm un itrija mērķiem, lai noteiktu to ietekmi uz iegūto kārtiņu stabilitāti.
Šajā projekta posmā ar UV80 iekārtu tika izgatavotas fotohromi aktīvu paraugu sērijas uz PET pamatnēm, lai kalibrētu optiskā biezuma mērījumus, izmantojot profilometriju. Tāpat tika sagatavoti paraugi, lai izvērtētu vakuuma kameras atvēršanas atmosfērai ietekmi uz fotohromajām īpašībām dažādos procesa scenārijos. Izgatavotie paraugi nodoti LU CFI turpmākai izpētei. Tika sagatavots un pārbaudīts arī alumīnija magnetrons aizsargpārklājumu uzklāšanai.
YHO paraugiem veikti fotohromo īpašību, rentgendifrakcijas (XRD) un UV–Vis–NIR spektroskopijas mērījumi. Atsevišķiem paraugiem ķīmiskais sastāvs noteikts ar ToF-ERDA metodi Helsinku Universitātes Akseleratoru laboratorijā. Paraugu ilgtermiņa stabilitāte tiek monitorēta, periodiski veicot optiskās mikroskopijas mērījumus.
Antimikrobiālo pārklājumu pētījumi
Izgatavotas TiO2–ZnO heterostruktūru plānās kārtiņas, katru slāni uzklājot pie iepriekš noteiktiem optimālajiem tehnoloģiskajiem parametriem. ZnO un TiO2–ZnO paraugiem veikta struktūras analīze ar rentgendifrakcijas (XRD) metodi, kā arī optisko īpašību raksturošana, izmantojot UV–Vis–NIR spektrofotometriju un spektrālo elipsometriju.
ZnO un TiO2–ZnO plāno kārtiņu paraugiem noteikti kontakta leņķi starp šķidruma pilienu un pārklājuma virsmu, izmantojot Drop Shape Analyzer iekārtu. Uzsākti arī TiO2 un TiO2–ZnO pārklājumu antimikrobiālās iedarbības testi. To laikā novērtēta pārklājumu spēja inaktivēt Escherichia coli (E. coli) un Staphylococcus aureus (S. aureus) baktēriju šūnas. Vienlaikus uzsākta testēšanas metodoloģijas pilnveidošana, lai novērtētu pārklājumu spēju kavēt bioplēvju veidošanos.
Laika periods: 01.12.2025. - 28.02.2026.
Fotohromo pārklājumu pētījumi
Šajā projekta posmā uz UV80 iekārtas tika veikti eksperimenti un izgatavotas paraugu sērijas gan darba parametru noteikšanai, gan atkārtojamības novērtēšanai YHO uzklāšanā. Izgatavota paraugu sērija pie dažādiem darba spiedieniem ar izteiktu fotohromo efektu un paraugi nodoti LU CFI tālākai izpētei. Apskatīta paraugu pirmreizējās atgaišošanās dinamika un mijiedarbība ar gaismas avotiem. Konstatēta paraugu tumšošanās caurlaidības mērījumu gaitā un tiek meklēti risinājumi šī efekta novēršanai.
LU CFI tika veikta izgatavoto paraugu tālāka analīze, nosakot to struktūru un optiskās īpašības, tostarp fotohromās īpašības. Iegūtie rezultāti liecina par tipisko atomāro struktūru un daudzsološām fotohromajām īpašībām. Balstoties uz šiem rezultātiem, Sidrabe Vacuum ir sniegta atgriezeniskā saite un ieteikumi par optimāliem uzklāšanas parametriem nākamās paraugu sērijas izgatavošanai. Paraugu stabilitāte tiek vērtēta ar optiskās mikroskopijas palīdzību, un šie pētījumi joprojām turpinās.
- Antimikrobiālo pārklājumu pētījumi
Izgatavoti cinka oksīda (ZnO) plāno kārtiņu paraugi uz stikla un PET pamatnēm, izmantojot reaktīvo magnetrono izputināšanu dažādos procesa līkņu punktos, kā arī veicot kārtiņu uzklāšanu zem leņķa. Paraugiem veikti struktūras un optisko īpašību pētījumi. TiO2 un ZnO plāno kārtiņu hidrofobitāte novērtēta, izmantojot Drop Shape Analyzer iekārtu, nosakot kontakta leņķi starp šķidrumu un kārtiņas virsmu. Izstrādāta vakuuma sistēma virsmas modificēšanai (funkcionalizācijai) hidrofobitātes uzlabošanai, un veikti pirmie testi, kas parāda hidrofobitātes uzlabojumu.
Laika periods: 01.09.2025. - 30.11.2025.
Fotohromo pārklājumu pētījumi
Izgatavoti YHO plāno kārtiņu testa paraugi uz sešām dažādām lokanām polimēru pamatnēm, izmantojot G500M iekārtu, un ar optisko mikroskopiju novērtēta kārtiņu kvalitāte. Izgatavotas YHO kārtiņas ar Al2O3 aizsargslāni, lai novērtētu aizsargslāņa ietekmi uz ķīmiskā sastāva un fotohromo īpašību izmaiņām laika gaitā.
Pilnveidota un papildināta UV80 iekārtas vadības sistēma ar eksperimentiem nepieciešamajiem savienojumiem un aparatūru, kā arī izstrādāta un pārbaudīta programmatūra efektīvai plazmas emisijas monitoringa nodrošināšanai. Sākti testa procesi YHO darba režīmu noteikšanai un reaktīvā procesa dinamikas izpētei.
Antimikrobiālo pārklājumu pētījumi
Izstrādāta reaktīvās izputināšanas procesa atgriezeniskās saites kontroles sistēma, kas nodrošina stabilu procesu, automātiski regulējot reaktīvās gāzes plūsmu. Pabeigta TiO2 plāno kārtiņu paraugu izgatavošana gan no keramiska, gan metāla mērķa divos dažādos režīmos – pulsed-DC un HiPIMS. Paraugi izgatavoti dažādos katra režīma procesa līkņu (histerēzes cilpu) punktos. Veikta kārtiņu uzklāšana zem leņķa. Paraugiem veikti optisko īpašību un virsmas sprieguma mērījumi.
Laika periods: 01.06.2025. - 31.08.2025.
Fotohromo pārklājumu pētījumi:
Sagatavota laboratorijas iekārta G500M fotohromo YHO plāno kārtiņu izgatavošanai mazā mērogā. Izgatavoti pirmie YHO paraugi uz amorfā kvarca pamatnēm un veikta to raksturošana – noteikta struktūra, optiskās un fotohromās īpašības. No ruļļa uz rulli (R2R) iekārta UV80 pielāgota specifiskām prasībām, sagatavots itrija mērķis un optimizēta gāzu sistēma, kā arī pārbaudīta tās darbība. Gan G500M, gan UV80 aprīkotas ar magnetronās izputināšanas tehnoloģiju. Iepirkti nepieciešamie materiāli paraugu izgatavošanai.
Antimikrobiālo pārklājumu pētījumi:
Sagatavota laboratorijas iekārta G500M.1 antimikrobiālo pārklājumu izgatavošanai, tostarp veikta vakuuma sistēmas modificēšana un kontroles izveide, pie kuras darbs vēl turpinās. Izgatavoti pirmie TiO2 paraugi dažādos režīmos uz stikla un PET pamatnēm. Paraugiem veikti biezuma un raupjuma mērījumi, kā arī noteikts virsmas spraigums. Iepirkti nepieciešamie materiāli paraugu izgatavošanai un testēšanai.