Конкурс за финансиране на фундаментални научни изследвания – 2016 г.

Ръководител: доц. д-р Мария Александрова-Пандиева

Участници: Доц. д-р Мария Александрова – Пандиева, доц. д-р Красимир Денишев,  доц. д-р Георги Добриков, доц. дн Ивайло Пандиев, д-р инж. Георги Колев, маг. инж. Йорданка Дилянова Вучева, Бак. инж. Иван Тодоров, маг. инж. Милети Фъртунков, проф. д.ф.н. Костадинка Гешева (ЦЛ-СЕНЕИ, БАН), доц. д-р Татяна Иванова (ЦЛ-СЕНЕИ, БАН), доц. д-р Емил Влахов (ИФТТ, БАН), доц. д-р Йордан Маринов (ИФТТ, БАН), доц. д-р Благой Благоев (ИФТТ, БАН), маг. Тодор Влахов (ИФТТ, БАН), доц. д-р Хабиб Патхан (Университет в Пуна, Индия), д-р Радхаманохар Аепуру (Университет в Консепсион, Чили), проф. Франк Хамелман (Университет в Билефелд, Германия)

Анотация: Проектът има за цел получаване на нови знания за механизмите на генерация на заряд в портативни пиезоелектрични елементи върху гъвкави носители и за зависимостта на пиезоелектричната реакция от разположението на пиезоелектричните области върху гъвкавия носител, вида на активния пиезоелектричен слой, технологичните режими за неговото получаване и параметрите на приложеното механично усилие. За целта се предвижда проектиране, получаване и изследване на пиезоелектрични генераторни елементи с потенциално приложение като алтернативни източници на енергия, изградени от слоеве с нано- и/или микроразмерна дебелина. Ще бъдат използвани различни технологии за получаване на слоеве от композитни органични и неорганични материали за активните пиезоелектрични слоеве, като ситопечат, вакуумно разпрашване, пулверизиране и атомно послойно отлагане. Научните задачи ще бъдат свързани с изясняване на физическата същност на процесите за повишаване на ефективността на преобразуване на механичната енергия в електрическа и начините те да бъдат контролирани и оптимизирани. Ще бъдат изследвани възможностите за намаляване влиянието на механичните напрежения върху стабилността на пиезоелектричната ефективност, намаляване на контактната потенциална разлика на интерфейсите електрод/преобразувателен слой, ходът на поляризационните процеси, влиянието на температурата върху подвижността на диполите и коефициентите на линейно разширение на гъвкавите носители. Новост в световен мащаб, в крак със съвременната тенденция за развитие на биосъвместими и екологично чисти продукти, е изграждането на изцяло полимерна пиезоелектрична структура, в която дори металните контакти са заместени с проводящ полимер от класа на политиофените. Изследването на такава структура би осигурило нови знания относно процесите, развиващи се на границата между полимерния електрод и функционалния полимерен слой.

Специфични цели на проекта и очаквани резултати са:

- да се намали влиянието на механичните напрежения върху целостта и адхезивната здравина на слоевете, което е предизвикателство в случай на гъвкава подложка;

- да се изследва влиянието на материалите, използвани като електроди на микрогенератора, независимо от дебелината и вида на пиезоелектричните слоеве, и методa за тяхното получаване;

- да се изследват поляризационните процеси в слоевете след края на технологичния процес на нанасянето им, които играят важна роля за подходящата (еднопосочна) ориентация на диполите и ефективното формиране на електрически полюси при контактите при натиск;

- да се изследва влиянието на външни (нетехнологични) фактори, като температурни изменения, които влияят върху подвижността на диполите в пиезослоевете и експлоатационните характеристики на гъвкавите пиезогенератори, заради по-голямото топлинно линейно разширение на полимерните подложки в сравнение с твърдите (керамични, силициеви) носители;

- да се избере подходяща електронна схема за обработка на генерирания от елемента сигнал и да се съгласуват импедансите на двете устройства за намаляване на загубите при отдаване на електрическа мощност върху товар.