Identifikācijas numurs: lzp-2024/1-0632
Tips: Latvijas Zinātnes padomes fundamentālo un lietišķo pētījumu projekts
Projekta ilgums: 2025. gada 1. janvāris - 2027. gada 31. decembris
Projekta vadītājs: Dr. Habil. Phys. Smagul Karazhanov, Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūts (LU CFI)
Kopējais finansējums: 300 000 EUR
Projekta nosaukums: Inovatīvas retzemju metālu oksihidrīdu plānās kārtiņas: jaunu lietojumu izpēte
Projekta mērķis:
Projekta mērķis ir izstrādāt jaunus materiālus, kas balstīti uz augstas entropijas retzemju metālu oksihidrīdiem. Atšķirībā no jauktajiem anjonu oksihidrīdiem, kuros ietilpst viens katjons un divi veidu anjoni, jaunajos materiālos ir vairāk nekā viens katjons un divi anjoni. Paredzams, ka augstas entropijas retzemju un pārejas metālu elementu oksihidrīdiem būs uzlabota fotohromiskā veiktspēja salīdzinot ar viena anjona elementiem.
Sagaidāmie zinātniskie rezultāti:
Mūsdienās, kad tiek meklēti materiāli ar uzlabotām īpašībām, izmaksu efektivitāti un vides ilgtspēju, retzemju metālu oksihidrīdu (HEREMO) ar augstu entropiju parādīšanās ir daudzsološs risinājums, kas veicinās pārmaiņas. HEREMO, ko definē kā cietā šķīduma materiālus ar kvazi vienādmolu daudzkomponentu sastāvu, piemīt unikāla strukturāla īpašība – antisaita defekts sakārtotā kristālā. Šī strukturālā īpatnība paver iespējas plašam lietojumu klāstam, sākot no gudro logu sistēmām līdz funkcionāliem pārklājumiem, sensoriem un katalizatoriem. Pārskata literatūrā akcentēta augstas entropijas materiālu daudzpusība, parādot to efektivitāti dažādos ar enerģiju saistītos lietojumos. Tomēr, neraugoties uz to daudzsološajām iespējām, joprojām pastāv problēmas, tostarp visaptverošas izpratnes trūkums, ierobežotas raksturošanas metodes un nepieciešamība pēc modernām izgatavošanas metodēm. Šis projekts ir vērsts uz HEREMO un tā atvasinājumu sintēzi un raksturošanu, lai atklātu jaunus materiālzinātnes virzienus. Veicot eksperimentālus pētījumus un teorētisko modelēšanu, vēlamies izpētīt HEREMO materiālu strukturālās, elektroniskās un optiskās īpašības. Risinot galvenās problēmas un izmantojot novatorisku pieeju, projekta mērķis ir bruģēt ceļu transformējošiem HEREMO lietojumiem dažādās tehnoloģiju jomās.
PAR PROJEKTA ĪSTENOŠANU (LAIKA POSMS 01.10.2025 – 31.12.2025)
Attiecīgajā laika posmā magnetronās izputināšanas iekārta tika sagatavota nākamajam pētījuma posmam – jaukto retzemju metālu oksihidrīdu plāno kārtiņu izgatavošanai, kas ietver kopizputināšanu no trim retzemju mērķiem.
No 16. līdz 17. decembrim projektā iesaistītā maģistrante Emija Ļetko piedalījās konferencē RSD 2025, kas norisinājās Mančestrā, Lielbritānijā. Konferencē tika prezentēts stenda referāts “Magnetron sputtering of newly developed photochromic oxygen-containing lutetium hydride (LuHO) thin films”, kurā tika atspoguļoti šajā projektā iegūtie rezultāti. Konferences ietvaros tika apmeklēts arī īss kurss par reaktīvo magnetronā izputināšanu. Kursā un konferencē iegūtās zināšanas turpmāk tiks pielietotas projekta īstenošanā.
PAR PROJEKTA ĪSTENOŠANU (LAIKA POSMS 01.07.2025 – 30.09.2025)
Attiecīgajā laika periodā tika turpināta jaunu retzemju oksihidrīdu (REHO) plāno kārtiņu izgatavošana, šoreiz - lutēcija oksihidrīda (LuHO). Iegūtie pārklājumi bija ievērojami stabilāki atmosfērā, salīdzinot ar LaHO kārtiņām. LuHO arī uzrādīja fotohrōmās īpašības un struktūru, kas ir līdzīga YHO, tādējādi papildinot fotohromo REHO materiālu saimi. Tika pētīta ūdeņraža plūsmas un izputināšanas spiediena ietekme uz kārtiņu struktūru un optiskajām īpašībām.
No 25. līdz 29. augustam projektā iesaistītā maģistrante Emija Ļetko piedalījās konferencē un vasaras skolā “Advanced Materials and Technologies 2025”, kas norisinājās Palangā, Lietuvā. Konferencē tika prezentēti projekta rezultāti un iegūtas jaunas zināšanas materiālzinātnes jomā, kas būs noderīgas turpmākajā projekta īstenošanā.
PAR PROJEKTA ĪSTENOŠANU (LAIKA POSMS 01.04.2025 – 30.06.2025)
Attiecīgajā laika periodā tika izgatavotas jaunas plānās kārtiņas - lantāna oksihidrīds (LaHO). Tika konstatēts, ka iegūtie pārklājumi ir ļoti reaktīvi gaisā, kas izraisa degredāciju dažu stundu laikā. Lai izvairītos no nevēlamās pārklājumu degradācijas, paraugu oksidācija tika veikta kontrolēti, ievadot skābekli vakuuma kamerā, kā arī paraugi tika pārklāti ar aizsargslāņiem: AlNx un Al2O3. Tika iegūti fotohromi paraugi ar struktūru, kas ir līdzīga itrija oksihidrīdam (YHO). Tika pētīta skābekļa dozas ietekme oksidācijas laikā uz struktūru, morfoloģiju un optiskajām īpašībām. Tika uzsākta zinātniskā raksta sagatavošana par iegūtajiem razultātiem.
PAR PROJEKTA ĪSTENOŠANU (LAIKA POSMS 01.01.2025. - 30.03.2025.)
Attiecīgajā laika posmā projekta uzdevumu veikšanai tika sagatavota multifunkcionālā vakuuma iekārta SAF25/50 (1. attēls). Ieplānotā HEREMO plāno kārtiņu izgatavošanas tehnoloģija ir magnetronā izputināšana. Vakuuma kamera tika aprīkota ar nepieciešamajiem jaudas blokiem un gāzu padeves un kontroles sistēmu procesa gāzēm – argonam un ūdeņradim. Kamera ir savienota ar hermētisku cimdu skapi, kas pildīts ar inertu gāzi, lai nodrošinātu manipulāciju veikšanu ar paraugiem pirms to nonākšanas saskarē ar atmosfēru. Šāds risinājums nepieciešams, jo tiek sagaidīts, ka HEREMO savienojumi ir reaģētspējīgi pret skābekli.
Ir izgatavoti pirmie retzemju oksihidrīdu plāno kārtiņu paraugi uz stikla pamatnēm, kā arī noteikti procesa parametri, kas nodrošina stabilu un atkārtojamu uzklāšanas procesu. Šiem paraugiem ir plānoti struktūras, sastāva un optisko, tai skaitā fotohromo, īpašību mērījumi.
Papildus veikta divu studentu apmācība darbā ar SAF25/50, kuri projekta turpinājumā iesaistīsies paraugu izgatavošanā.
