Denumirea Programului Nucleu: Cercetări avansate de laseri – plasmă – radiaţie – spaţiu

Acronim: LAPLAS IV
Contractul nr.: 4N/2016
Denumirea obiectivului: „Cercetări avansate folosind laseri, plasmă şi radiaţii destinate domeniilor de specializare inteligentă şi de interes public”

Titlul proiectului: „Sinteza, procesarea şi caracterizarea micro- şi nano-structurilor şi nanomaterialelor realizate prin tehnici laser, plasmă sau radiaţii”

Proiectul 2: PN 16 47 01 02
Director de proiect: Dr. CRĂCIUN Valentin

Obiective generale ale proiectului:

Tematica este structurată în patru obiective principale:

1. Obiectivul specific 1. Microstructuri fotonice şi chimice
2. Obiectivul specific 2. Filme subțiri şi materiale nanostructurate
3. Obiectivul specific 3. Nanostructuri şi nano-obiecte
4. Obiectivul specific 4. Caracterizare şi microprocesare avansată

Fiecare obiectiv conține, la rândul lui, câteva proiecte de cercetare în care sunt angrenate colective multi şi interdisciplinare din INFLPR, pentru a răspunde tematicilor complexe abordate, care includ cunoștințe de fizică, chimie, biologie şi inginerie, folosind metodele avansate de sinteză, procesare şi caracterizare existente în INFLPR şi va urmări:

1. obținerea de structuri micronice şi nanometrice cu proprietăți optice şi chimice noi pentru aplicații în fotonică, chimie, fizica microlaserilor şi micro-optofluidică
2. obținerea de filme subțiri, multistraturi şi materiale nanostructurate pentru înțelegerea rolului structurii şi compoziției în determinarea proprietăților acestor materiale
3. obținerea de nanostructuri şi nano-obiecte cu noi proprietăți funcționale şi investigarea ințeractiunii lor cu radiația laser şi plasmă
4. caracterizarea optică, structurală şi compozițională avansată a materialelor şi structurilor utilizate în industrii de vârf

Obiective complementare ale acestui proiect sunt:

1. menținerea şi consolidarea rolului de lider al INFLPR în fotonică, procesare laser-plasmă – electroni a nanomaterialelor şi a materialelor avansate
2. dezvoltarea competenţelor ştiințifice şi tehnologice a cercetătorilor din INFLPR
3. descoperirea de noi materiale, dezvoltarea de metode de procesare avansate şi îmbunătățirea tehnicilor de caracterizare cu aplicații în industriile de vârf
4. acordarea de asistență tehnică de sinteză şi procesare avasantă şi de servicii ştiinţifice de caracterizare de înalt nivel în domenii prioritare ale industriei româneşti;
5. iniţierea şi dezvoltarea colaborărilor viabile cu IMM-uri participante în Clusterul Măgurele;

Echipele de lucru fiind semnificativ mai mari decât cele întâlnite uzual în cadrul altor proiecte finantaţe (Idei, Parteneriate, TE, etc) permit integrarea atât a cercetătorilor cu experienţă cât şi a tinerilor cercetători, cu efecte benefice asupra educării şi formării acestora din urmă. Se realizează astfel un transfer eficient de cunoştinţe şi practici de lucru de la cercetătorii cu experienţă către cei tineri, pregătindu-i pentru o viitoare carieră în cercetare sau industrii de vârf. Componenţa tanără a echipelor de cercetare conduce la creşterea dinamismului, a entuziasmului, a abordărilor originale şi neconvenţionale, asigurând un flux de idei inovatoare. De asemenea, prin multitudinea de tematici complexe şi interdisciplinare abordate, care necesită echipe mixte, din mai multe colective şi laboratoare ale INFLPR programul are o contribuţie majoră la dezvoltarea stiinţifică a tuturor cercetătorilor din INFLPR.

• Etapa 1 – P2 2016
• Etapa 2 – P2 2016
• Etapa 1 – P2 2017
• Etapa 2 – P2 2017

Etapa 1 – P2 2016

Faza nr. 1

Responsabil: Dr - Felix SIMA

Termen de predare: 13.05.2016

Title: „Reţele ordonate de carbon mezoporos obţinute din precursori polimerici prin sinteză laser”

Abstract: În acest proiect ne-am propus să obţinem materiale pe bază de carbon printr-un procedeu nou „soft-template” asistat de fascicul laser, recent implementat de către noi. Această metodă eco-inovatoare implică iradierea cu fascicul laser pulsat a unor soluţii lichide de materiale provenite din surse naturale de carbon (precursori extraşi din plante). Urmărim astfel sinteza unor materiale hierarhizate pe bază de carbon prin utilizarea unor „templates”-uri (surfactanţi) cu lanţuri de carbon de lungimi diferite ce pot induce formarea unor pori de dimensiuni variate. Tratamentul laser (iradierea) va influenţa în egală masură porozitatea şi structura carbonului la scală micro- şi nanometrică şi, eventual, va îmbunătăţi conductivitatea electronică, o caracteristică fundamentală în numeroase domenii. Aceste performanţe vor fi îmbunătăţite prin adăugarea unor hetero-atomi precum N şi O sau a altor compuşi metalici sub formă de nanoparticule. Originaliatea poiectului este dată de implementarea unor metode de sinteză laser pentru fabricarea materialelor carbonice organizate şi pentru modificarea lor. Aceste metode nu au fost exploarate pentru materialele vizate şi reprezintă o adevărată provocare pentru obţinerea de morfologii, structuri şi proprietăţi diverse, interesante în domenii precum stocarea de energie sau eliberarea controlată de medicamente.

Faza nr. 2

Responsabil: Dr. Angela STAICU

Termen de predare: 13.05.2016

Title: „Obţinerea şi caracterizarea emisiei de tip lasing de către micropicături conţinând coloranţi laser”

Abstract: S-a obţinut şi caracterizat emisia de radiaţie de tip lasing de către micropicături suspendate conţinând soluţii dopate cu colorant laser. Picăturile cu volum de ordinul microlitrilor au fost generate cu un dispenser controlat de calculator din soluţii de Rodamină 6G în apă ultrapură la concentraţii variind între 10^-5 M şi 10^-3 M.Pompajul optic al picăturilor s-a realizat cu a doua armonică (SHG) a unui laser pulsat Nd:YAG (lungime de undă 532 nm, durata pulsului la semi-înălţime 6 ns, rata de repetiţie 10 pps). Energia de excitatie a variat între 6 mJ si 18 mJ. Caracteristicile radiaţiei emise (lungime de undă, lărgime de bandă, intensitate) au fost analizate funcţie de volumul picăturii, concentraţia colorantului, energia radiaţiei de pompaj şi geometria de colectare.

Faza nr. 3

Responsabil: Dr. Gyorgy ENIKO

Termen de predare: 13.05.2016

Title: „Caracterizarea fizico-chimică a nanomaterialelor compozite alcatuite din oxizi ale metalelor de tranzitie si nanoparticule de carbon obținute prin tehnici laser”

Abstract: Principalul obiectiv al acestui proiect este îmbunătăţirea semnificativă a activităţii fotocatalitice ale materialelor compozite alcătuite din oxizi ale metalelor de tranziţie şi nanonateriale de carbon. Metodologia laser propusă permite reducerea şi dopajul nanoparticulelor de carbon, depunerea de nanostructuri cristaline şi crearea de structuri de carbon poroase. Se preconizează ca toate aceste efecte să contribuie la imbunataţirea randamentul procesului fotocatalitic.
Datorită activităţii fotocatalitice, TiO₂ este de interes pentru aplicaţii de mediu, cum ar fi conversia şi stocarea energiei solare sau disocierea fotocatalitică a compuşilor organici pentru tratarea şi decontaminarea apelor, precum şi purificarea aerului. De asemenea, suprafeţele de TiO₂ sunt hidrofobe. Proprietatea de auto-curăţare este un efect determinat atât de caracteristicile hidrofile sau hidrofobe ale materialelor cat şi a reacţiilor fotocatalitice. Ca o consecinţă, acoperirea materialelor cu suprafeţe de straturi hidrofobe le conferă proprietăţi de interes pentru multe domenii tehnologice, de exemplu microfluidica, dispozitive fotovoltaice, dispozitive biomedicale, suprafete anti-bacteriene.
Cu toate acestea, eficienţa fotocatalitica a TiO₂ este limitată datorită recombinărilor rapide ale purtătorilor de sarcină foto-generate. S-a dovedit că formarea de nanocompozite având component de bază TiO₂ cu diferiţi dopanţi cum ar fi metale nobile, anioni, nanomateriale de carbon conduce la îmbunătăţirea eficienţei fotocatalitice ale suprafeţelor de TiO₂. În cadrul acestei faze raportăm sinteza şi depunerea de materiale nanocompozite bazate in TiO₂ prin metoda evaporării laser asistată matriceal (MAPLE).

Faza nr. 4

Responsabil: Dr. Andreea GROZA

Termen de predare: 15.07.2016

Title: „Straturi de interfaţă nanometrice pentru creşterea adeziunii filmelor depuse”

Abstract: În cadrul prezentei faze sunt prezentate rezultatele obţinute în urma generării în descărcări corona la presiune atmosferică, într-o geometrie multi-vârfuri – electrod plan, de straturi polimerice în scopul utilizării acestora ca straturi de interfaţă pentru diferite tipuri de depuneri. Straturile polimerice au fost analizate prin tehnici complementare cum ar fi: spectroscopie optică cu descărcare luminiscentă, GDOES, spectrometrie de infraroşu cu transformata Fourier, FTIR, spectroscopie de fotoelectroni de raze X, XPS, precum şi microscopie electronică de baleiaj, SEM. Prin utilizarea polimerilor (polidimetilsiloxani) ca straturi de interfaţă a fost analizată influenţa lor asupra proprietăţilor fizico-chimice şi morfologice ale depunerilor de hydroxiapatită dopată cu Zn (Zn:HAP) precum şi rolul acestora în procesul de creştere a aderenţei depunerilor Zn:HAP la substrat.

Faza nr. 5

Responsabil: Dr. Florian DUMITRACHE

Termen de predare: 15.07.2016

Title: „Sinteza prin piroliză laser de nanoparticule bimetalice pe bază de fier”

Abstract: Sunt indicate soluţii adoptate pentru a prepara prin piroliză laser nanoparticule pe bază de fier în combinaţie cu alte elemente; principalul vizat fiind Si, dar sunt trecute în revistă şi experimentele realizate utilizând precursor de fier în combinaţie cu cei de Co, Sn, Ti si Zn. Sunt prezentate condiţii particulare de sinteză pentru pulberi nanometrice punând accentul pe acelea ce au condus la obţinerea de pulberi având compoziţie şi morfologie utilă unor eventuale aplicaţii.
Au fost sintetizate nanoparticule compozite tip miez – înveliş pe bază de Fe-Si obţinând o paletă diversă de structuri nanocristaline pornind de la fier metalic şi carburi de fier dopate cu Si, până la amestec de siliciuri de fier sau siliciuri de fier şi nanocristale de Si. In unele cazuri se evidenţiază prezenţa la suprafaţă a grupărilor funcţionale tip silanol, acestea avand un potenţial ridicat în captarea unor tipuri de compuşi organici. De asemenea, sunt descrise studiile experimentale vizând nanoparticule omogene pe bază de Fe-Si, atingând compoziţii cristaline diverse: amestecuri de siliciu- siliciuri de fier şi fier sau oxid de fier. Sunt descrise experimente de sinteză de nanoparticule cu ponderi diferite de Fe şi Sn. Au fost sintetizate nanostructuri oxidice pornind de la compoziţii precursoare diverse: pe bază de Fe şi Sn. Studiile experimentale utilizând precursori pe bază de Fe şi Co identifică configuraţii potrivite în care se obtin nanoparticule compozite tip miez cristalin bimetalic: Fe-Co (C) şi înveliş pe bază de carbon. Un ultim set de experimente evaluează condiţiile de sinteză pornind de la un amestec reactiv ce conţine precursori de fier şi zinc şi face corelaţie între raportul elemental Fe/Zn dintre precursori şi nanopulberile sintetizate.

Faza nr. 6

Responsabil: Dr. O. TOMA

Termen de predare: 3.08.2016

Title: „Metode de caracterizare spectroscopică a materialelor optic împrăştietoare (nanopulberi, ceramici) dopate cu ioni de pământuri rare”

Abstract: Au fost sintetizate probe ceramice (pastile) din materialul cristalin parţial dezordonat langatat (La₃Ga_5,5Ta_0,5O₁₄, LGT), dopat cu erbiu în concentraţie de 3.0 at.%, prin reacţie în fază solidă. Materialul a fost tăiat la o grosime cât mai mică (0.24 mm) pentru a reduce efectele împrăştierii luminii asupra spectrelor optice ale Er³⁺.
Au fost obţinute (pentru prima dată în materiale optic împrăştietoare) spectre de absorbţie din stări excitate, în domeniul spectral 400-750 nm, folosind o schemă în dublă modulare, cu pompajul asigurat de o diodă laser la 978 nm. Spectrele au fost calibrate folosind spectrul de absorbţie din starea fundamentală (calibrat în prealabil cu ajutorul formalismului Judd-Ofelt extins la medii împrăştietoare) şi separate de contribuţia emisiei stimulate şi de cea a luminescenţei. Aceste contribuţii sunt observate experimental în spectrele măsurate. Pentru separarea lor şi calibrarea spectrelor, a fost propus un model matematic simplu care ia în considerare şi contribuţia luminescenţei la spectrele obţinute.
Diversele tranziţii prezente în spectrul măsurat experimental au fost identificate şi discutate; tranziţiile dominante numeric şi prin intensitate sunt cele care au ca nivel iniţial nivelul ⁴I_13/2, pentru acestea putând fi determinate cu precizie secţiunile eficace de absorbţie. Nivelul ⁴I_11/2 este mult mai slab populat, iar procesele de absorbţie care îl au ca nivel iniţial şi pot fi observate experimental sunt puţine şi neglijabile ca intensitate.

Etapa 2 – P2 2016

Faza nr. 7
Responsabil: Dr. Adrian PETRIŞ
Termen de predare: 15.10.2016
Title: „Studiul variaţiei cu grosimea şi lungimea de undă a constantelor optice liniare de refracţie şi absorbţie ale unor straturi subţiri pentru aplicaţii în fotonică”
Abstract: Am determinat dependenţa de lungimea de undă a indicelui de refracţie liniar, n (ecuaţia Sellmeier) şi a coeficientului de absorbţie, pentru straturi subţiri de ZnSe cu grosimi sub-lungimea de undă utilizând doar rezultate ale măsurărilor de transmitanţă optică. Am analizat influenţa constantelor optice ale substratului în determinarea constantelor optice ale straturilor subţiri. Metoda utilizată în acest raport, bazată pe formalismul Swanepoel, poate fi folosită pentru determinarea constantelor optice ale oricărui strat subţire în domeniul de transparenţă al acestuia. Semiconductorul calcogenid ZnSe este un material important pentru fotonică datorită domeniului spectral larg de transparenţă (vizibil, infraroşu apropiat şi mediu) şi indicelui de refracţie mare. Constantele optice liniare ale ZnSe astfel determinate şi dependenţa acestora de lungimea de undă (în vizibil şi infraroşu apropiat) şi de grosime vor fi utilizate în studiul răspunsului optic neliniar al straturilor subţiri considerate.

Faza nr. 8  
Responsabil: Dr. Valentin CRĂCIUN, Dr. Lucica BOROICĂ
Termen de predare: 15.10.2016
Title: „Proiectarea, modelarea, obţinerea şi caracterizarea de straturi subţiri nanostructurate din materiale vitroase şi vitroceramice boro-fosfatice dopate prin MS”
Abstract: Studiul realizat în această fază a implicat cercetarea şi proiectarea de compoziţii oxidice vitroase şi vitroceramice cuprinzând drept formatori de reţea oxidul de fosfor – P₂O₅ şi oxidul de bor – B₂O₃. Au fost utilizaţi diverşi oxizi ca fondanţi şi stabilizatori, precum şi oxizi dopanţi ai elementelor d sau f, care induc proprietăţi optice, optoelectronice şi magneto-optice.
În această fază s-a realizat un studiu de proiectare şi modelare de nano-structuri vitroase boro-fosfatice. Au fost selectate şi procesate, prin topire la temperatură înaltă, de 1250-1300^oC, 3 amestecuri oxidice. Topiturile omogenizate au fost apoi turnate în matriţe de grafit, iar sticlele obţinute au fost supuse unui tratament specific de recoacere, cu palier de minim 2h, la 450 – 500 ^oC. Mostrele obţinute au fost caracterizate structural şi morfologic şi au fost utilizate ca ţinte şi supoţi pentru depunerile de straturi subţiri prin procedeul de pulverizare în plasmă de radiofrecvenţă (magnetron sputtering, MS). Filmele obţinute au fost caracterizate prin microscopie atomică de forţă, AFM. Probele de volum au fost obţinute prin metoda neconvenţională, umedă, de obţinere a amestecului de materii prime, care apoi a fost topit într-un cuptor cu bare de superkantal, în creuzete de alumină, la temperatura de 1250-1300 ^oC, timp de 2-4 h. Pentru omogenizarea topiturii s-a utilizat un agitator ceramic, la viteze de 100-300 rot/min.
Materialele vitroase boro-fosfatice de volum au fost utilizate ca ţinte pentru obţinerea de filme subţiri pe diferite tipuri de substraturi. S-a utilizat o instalaţie tip RF magnetron sputtering asistată de un tun de ioni, instalaţie tehnologică de tip VARIAN ER 3119, proiectată şi adaptată de firma Elettorava SpA-Italia şi INFLPR-România. Parametrii de depunere proiectaţi sunt: constanta cuarţ = 8.25; densitate ţintă BP2 = 2,752 g/cm3; presiune argon = 6,5×10^-4 torr; putere activă = 136 W; putere reactivă = 0 W; intensitate = 0,2 A; substrat sticla boro- silicatică, de cuarţ sau siliciu. Pentru depunerea pe substrat de sticla boro-silicatică, a fost realizată o viteză de depunere de 0,7-1,1 Ǻ/s şi o grosime film de 10220 Ǻ, pentru un timp de depunere de 2h 46 min. Din analiza AFM a straturilor subţiri depuse pe suport sticlă borosilicatică şi cuarţ s-a observat o suprafaţă cu rugozitate foarte redusă, depunerea de cea mai bună calitate fiind cea pe sticla de cuarţ.
Rezultatele cercetărilor au fost comunicate la Conferinţa Internaţională “8th Materials Science and Condensed Matter Physics – MSCMP”, 12-16 septembrie 2016, Chişinău Republica Moldova în lucrările: 1. „Boron-phosphate sol-gel thin films doped with dysprosium and therbium ions”; 2. „Fracture toughness and hardness at micro- and nanoindentation of phosphate glasses depending on their composition” 3. „Prolonged holding and cyclic loading indentation of aluminophosphate glass: kinetics of deformation”, şi la Conferinta Internationala „Society of Glass Technology Centenary Conference & European Society of Glass Science and Technology 2016 Conference, Glass – Back to the Future!”, Sheffield, UK, 4–8 September 2016, lucrările: 4. “Spin coating depositions from sol-gel rare-earth doped boron-phosphate systems”, şi 5. “Structural, morphological and magnetic properties of Ce3+ and Tb3+- doped silico-phosphate sol-gel thin films.

Faza nr. 9
Responsabil: Dr. Ionuţ JEPU
Termen de predare: 15.10.2016
Title: „Studiul filmelor subţiri magnetice conţinând Mn, preparate prin metoda TVA la diferite temperaturi de funcţionare”
Abstract: În cadrul prezentei faze au fost propuse două structuri magnetice, conţinând Fe şi Co ca straturi feromagnetice şi Mn, respectiv Cu ca straturi separatoare non-magnetice. Cele două tipuri de structuri au fost realizate folosind metoda arcului termoionic în vid (TVA) fiind propus realizarea unui studiu comparativ al sensibilităţii răspunsului magnetic, la diferite temperaturi de funcţionare, având ca principal scop găsirea unei structuri optime din punct de vedere al sensibilităţii, capabile de a manifesta variaţii considerabile ale rezistenţei electrice în câmp magnetic. Au fost realizate comparaţii între cele două tipuri de structuri alese fiind urmărite diferenţele morfologice şi structurale dintre acestea precum şi variaţia rezistenţelor electrice în câmp magnetic. Temperaturile de studiu propuse au fost temperatura camerei şi ~65⁰C, pentru a simula modul de funcţionare al dispozitivelor – senzori magnetici – ce au la bază aceste tipuri de structuri.
Pentru realizarea celor două depuneri de interes a fost utilizată metoda arcului termoionic în vid (TVA) folosindu-se trei sisteme independente anod-catod, aflate într-o incintă cu vid înaintat. Materialele magnetice (Co, Fe) au fost depuse prin TVA, prin generare de plasme iar materialele nemagnetice (Mn şi Cu) care se evaporă mai usor au fost depuse prin evaporare termică obişnuită. Ambele filme subţiri au fost de tipul multistrat având în componenţa lor 16 filme subţiri, grosimea totală fiind de 160 nm.
În urma analizelor morfologice au fost observate diferenţe între cele două tipuri de structuri, cele pe bază de Cu având un caracter granular, cele pe bază de Mn fiind compacte. Analizele compoziţionale au evidenţiat faptul că în cazul filmului multistrat pe bază de Mn ponderea materialelor feromagnetice este majoritară, concentraţia atomică relativă a fierului fiind de ~37.5 at%, respectiv ~39 at% în cazul cobaltului. Această concentraţie majoritară a materialului feromagnetic are ca principal efect modul în care rezistenţa electrică a acestui tip de structuri va fi sensibilă la variaţia câmpului magnetic. În ceea ce priveşte structura pe bază de Cu, s-a observat o concentratie majoritară de material nemagnetic cu o valoare de ~54% Cu, concentraţia atomică relativă a materialelor feromagnetice fiind de ~23.8 at % Co şi ~22.2 at% Fe. Profilul în adâncime realizat a subliniat eficienţa metodei de depunere alese în ceea ce priveşte optimizarea procesului şi controlul asupra parametrilor folosiţi pentru obţinerea structurilor multistrat. Măsurările magnetice non-invazive au scos în evidenţă sensibilitatea celor două tipuri de structuri la variaţii reduse ale câmpului magnetic. Diferenţele dintre cele două în ceea ce priveşte răspunsul magnetic au fost datorate concentraţiei majoritar magnetice din fiecare structură. Măsurările electrice şi magnetice au arătat prezenţa efectului magnetorezistiv la două temperaturi de funcţionare, variaţia în câmp magnetic a rezistenţelor electrice fiind cuprinsă între 28% şi 31%.

Faza nr. 10
Responsabil: Dr. Aurelian MARCU
Termen de predare: 15.10.2016
Title: „Producerea, caracterizarea şi controlul proprietăţilor pentru hetero-nano particule fabricate prin tehnici laser”
Abstract: În această fază, au fost produse nanoparticule pe bază de oxizi de fier, respectiv hematită (α Fe₂O₃), maghemită (γ Fe₂O₃) şi magnetită (Fe₃O₄) prin două tehnici laser: piroliză laser şi ablaţie laser în lichide. Ele au fost analizate morfologic (SEM şi TEM), structural (EDX, XRD, spectroscopie de teraherţi) şi funcţional (zeta potenţial şi DLS). Deşi din punctul de vedere al purităţii ablaţia în lichide conduce la o puritate superioară a nanoparticulelor, piroliza laser introducând o serie de contaminări în structura nanoparticulelor, pe baza rezultatelor existente se poate aprecia că piroliza laser a generat nanoparticule cu o tendinţă mai mică de aglomerare. Din punctul de vedere al optimizării parametrilor laser pentru a atinge (şi eventual depăşi) rezultatele actuale ale pirolizei laser, utilizarea de puteri de ablaţie mai mari decât cele folosite până în prezent (respectiv > 1W) şi lungimi de puls mai mici pare a duce la posibilitatea îmbunătăţirii parametrilor obţinuţi până în prezent cu această tehnică.

Faza nr. 11
Responsabil: Dr. Cătălin TICOŞ
Termen de predare: 9.12.2016
Title: „Dispozitiv experimental pentru studiul interacţiei fascicul de electroni-nano/microparticule levitate în plasmă”
Abstract: Această fază a constat în realizarea unui dispozitiv experimental pentru studiul interacţiei dintre un fascicul de electroni cu energia de 10 până la 15 keV cu micro/nanoparticule suspendate în sheath-ul unei plasme de radiofrecvenţă. Dispozitivul este alcătuit dintr-o sursă de electroni cu bobine de focalizare care produce un fascicul de electroni şi o incintă de interacţie în care este produsă o plasmă în argon între doi electrozi plan-paraleli. În incinta de interacţie sunt introduse, după aprinderea plasmei, micro/nanoparticule cu ajutorul unui sistem „dust-dropper”. Datorită încărcării elecrice în plasmă micro/nanoparticulele levitează deasupra electrodului rf. În timpul interacţiei cu fasciculul de electroni diferenţa de presiune dintre incinta de interacţie şi canalul de fascicul de electroni este de cel putin două ordine de mărime. În condiţiile în care introducerea fasciculului în incinta de interacţie se face printr-o flanşă cu orificiu de 0.5 mm, a fost nevoie de un sistem de vid special conceput pentru a asigura condiţiile necesare de presiune.

Faza nr. 12
Responsabil: Dr. Sorin VIZIREANU/ Dr. R. IONIŢĂ
Termen de predare: 9.12.2016
Title: „Abordarea unor procedee noi de tratare a lichidelor cu plasme generate în diferite configuraţii”
Abstract: Scopul experimentelor din această etapă a constat în studierea şi dezvoltarea unor configuraţii experimentale utilizabile la tratarea cu plasmă a lichidelor şi identificarea condiţiilor propice de modificare a acestora.
Am studiat mai multe configuraţii experimentale şi surse de plasmă cu descărcare în radiofrecvenţă, care au fost folosite la tratarea lichidelor. Sursele dezvoltate de noi ce operează la presiunea atmosferică (atmosferă deschisă) pot fi folosite în contact cu numeroase lichide şi suspensii, dar unele pot funcţiona şi scufundate (în imersie). Aceste surse au fost testate în suspensii apoase, în suspensii bacteriene, dar şi în soluţii de compuşi chimici, chiar cu substanţe uşor inflamabile precum alcool, acetonitril, etc. Eficienţa acestor tratamente este dependentă de tipul sursei de plasmă folosite, de puterea RF injectată, de tipul şi fluxul de gaz folosit în descărcare, dar şi de timpul în care a decurs experimentul. Plasmele generate în suspensiile apoase au generat radicali reactivi (ozon, apă oxigenată, ioni hidroxil, particule încărcate, câmpuri electrice locale intense, radiaţie UV etc) în fază lichidă ce iniţiază reacţii în aceste suspensii. Temperatura, PH-ul, conductivitatea şi absorbanţa lichidelor se schimbă, dar se modifică şi proprietăţile materialelor din aceste suspensii în funcţie de tratamentul ales.
Aceste studii au ca rezultat dezvoltarea unor configuraţii de surse de plasmă care funcţionează în contact sau pot fi imersate în diferite lichide, găsirea unor metode prietenoase cu mediul pentru tratarea lichidelor şi obţinerea de nanomateriale cu noi funcţionalităţi.

Faza nr. 13
Responsabil: Dr. Magda NISTOR
Termen de predare: 9.12.2016
Title: „Studiul materialelor oxidice avansate obţinute prin tehnici cu plasmă pentru aplicaţii în energie”
Abstract: Obiectivul fazei a constat în studiul materialelor oxidice avansate sub formă de filme subţiri, obţinute prin tehnici cu plasmă, cu proprietăţi fizice optime şi adaptabile pentru aplicaţii în domeniul energiei. Pentru sinteza acestor materiale s-a utilizat tehnica cu plasmă de tip ablaţie cu fascicul pulsat de electroni (PED), care are caracteristici comune cu depunerea laser pulsată. S-au obţinut filme subţiri din materiale oxidice avansate de tip semiconductori transparenţi şi amorfi (In-Ga-Zn-O), în diverse condiţii de depunere. S-a determinat compoziţia acestor filme prin metoda spectrometriei de retroîmprăştiere Rutherford şi s-au efectuat măsurări electrice şi optice pentru caracterizarea acestor filme. S-a studiat în detaliu rolul stoichiometriei filmelor subţiri de tip In-Ga-Zn-O asupra proprietăţilor fizice relevante pentru aplicaţii în generarea de energie, evidenţiindu-se rolul compoziţiei cationice asupra proprietăţilor electrice şi optice ale filmelor obţinute în diverse condiţii de depunere.

Faza nr. 14
Responsabil: Dr. Emanuel AXENTE
Termen de predare: 9.12.2016
Title: „Studii experimentale privind optimizarea parametrilor de lucru pentru sinteza de filme subţiri de Siliciu-Germaniu prin C-PLD”
Abstract: În ultimul deceniu, foarte multe cercetări s-au axat pe descoperirea şi dezvoltarea de materiale noi, cu proprietăţi optice, electronice şi fizice îmbunătăţite. Acestea au condus la obţinerea de progrese semnificative în sinteza de noi compuşi cu caracteristici remarcabile. Cu toate acestea, investigarea acestora prin procedee convenţionale, pas cu pas, sunt consumatoare de resurse şi timp datorită cerinţelor şi complexităţii materialelor folosite pentru aplicaţii şi tehnologii de viitor. Recent, procedeele combinatoriale au permis o abordare inteligentă şi inovativă pentru a depăşi această barieră. Aceasta presupune sinteza rapidă a unui număr mare de compuşi diferiţi compoziţional şi structural printr-un singur pas experimental. O « colecţie » a acestor compuşi noi sintetizaţi este denumită generic în literatura ca « biblioteca combinatorială ». În cadrul acestui proiect, am sintetizat filme subţiri amorfe combinatoriale de Siliciu-Germaniu (a-SiGe) prin procedeul de Depunere Laser Pulsată Combinatorială (C-PLD din engleza Combinatorial – Pulsed Laser Deposition). Aceasta s-a realizat prin ablaţia laser simultană a două ţinte (Si şi Ge pure), şi depunerea pe substraturi din sticlă şi Al₂O₃, menţinute pe durata depunerii la temperatura camerei. Am examinat profilele morfologice şi topografice ale suprafeţelor prin tehnici de microscopie (SEM), în timp ce distribuţia compoziţiei a fost studiată prin EDX (energy dispersive X-rays spectroscopy). Proprietăţile optice şi profilele grosimii structurilor depuse cu laserul au fost caracterizate prin elipsometrie. Au fost de asemenea investigate proprietăţile electrice ale probelor pe direcţia longitudinală a acestora pentru diferite concentraţii consecutive Si_xGe_1-x (0<x<1).

Faza nr. 15
Responsabil: Dr. Petronela GAROI
Termen de predare: 9.12.2016
Title: „Metode de caracterizare spectrală a materialelor optice dopate pentru celule solare”
Abstract: Iniţiativa cercetării domeniului fotovoltaic în România este de mare interes, în acord cu cercetările fundamentale. Astfel, eforturi în realizarea de materiale solare nonpoluante se realizează intens în ultimii ani în centrele de cercetare din ţara noastră, prin diverse tehnologii şi metode de depunere. Se ştie că, tehnologiile fotovoltaice de straturi subţiri sunt atractive deoarece sunt predispuse la nivele mari de producţie automată. Colectivul nostru a investigat comportarea filmelor subţiri de TCO şi a calcogenidelor, în realizarea de celule solare. Abordarea acestei teme de cercetare cu privire la caracterizarea spectrală a materialelor oxidice de tip TCO pentru celule solare, este justificată în România, mai ales prin alegerea unui TCO adecvat. În urma unor testări prealabile, au fost obţinute filme subţiri oxidice transparente (materiale active dopate pentru celule solare), prin metoda de depunere pulverizare magnetron în radio-frecvenţă (rfMS). În acest studiu, am raportat o analiză comparativă a straturilor subţiri oxidice de In₂O₃:SnO₂ (un electrod de contact ideal pentru realizarea celulelor solare) depuse prin rfMS, având grosimi diferite, în scopul de a urmări modificările în performanţa structurală şi optică ale straturilor oxidice. Detalii cu privire la obţinerea şi caracterizarea de filme oxidice transparente au fost date în acest raport. Structura şi morfologia filmelor depuse au fost studiate prin măsurări XRD şi AFM. Au fost obţinute filme uniforme şi policristaline, cu valori ale rugozităţilor mai mici de 10 nm. Lărgimea benzii interzise a filmelor depuse a fost estimată din spectrele de transmisie optică. Au fost determinate proprietăţile optice, investigate prin metodele Swanepoel şi Drude, arătând că aceste filme oxidice transparente prezintă rezultate bune, odată cu creşterea grosimii stratului depus.

Etapa 1 – P2 2017

Faza nr. 16

Responsabil: Dr. B. SAVA, Dr. L. BOROICĂ

Termen de predare: 15.02.2017

Title: „Proiectarea, modelarea, obţinerea, caracterizarea de straturi subţiri nanostructurate din materiale vitroase şi vitroceramice boro-fosfatice dopate prin PLD”

Rezumat: În această etapă s-au realizat:

• Un studiu de cercetare-proiectare sticle boro-fosfatice dopate pentru ţinte PLD;
• 2 Modele de compoziţii oxidice sticle boro-fosfatice dopate pentru depuneri PLD;
• 2 Tehnici de realizare şi 2 tipuri de materiale boro-fosfatice pentru ţinte PLD, unul vitros, BP2, doilea de tip vitroceram, BP1;
• Au fost obţinute două ţinte boro –fosfatice dopate, pentru depuneri PLD, din materialele BP1 şi BP2;
• Au fost realizate peste 20 de mostre de straturi subţiri obţinute prin PLD pe diferite substraturi, în diferite condiţii de lucru.

Procesele de ablaţie şi depunerea PLD au fost efectuate într-o cameră de vid din oţel inoxidabil. Drept sursă pentru procesul de ablaţie a fost folosit un laser pulsat cu excimer KrF (CompexPro 201-coerent) care operează la 248 nm, cu o rată de repetiţie de 10 Hz şi un puls de lăţime de 20 ns. După ce este reflectat pe două oglinzi, fasciculul laser intră în camera de vidare din inox, printr-o fereastră de cuarţ şi este focalizat, printr-o lentilă convergentă, pe ţinta rotativă, sub un unghi de incidenţă de 60°, rezultând un profil rectangular la impactul cu ţinta. Substratul este poziţionat paralel cu ţinta la o distanţă de 60 -100 mm. Camera de depunere a fost vidată la o presiune de aproximativ 10^-7 mbar înainte de pornirea procesului de depunere.
Probele au fost depuse la o presiune de oxigen de 10^-1-10^-4 mbar şi la o fluenţă de 2-3 J/cm²
Depunerile au fost efectuate pe substraturi de sticlă boro silicatică şi cuarţ, 6 probe: 4 BP1, 2 BP2 la 600 °C temperatura substratului. Pe un alt substrat de cuarţ, mai gros, au fost efectuate alte două depuneri BP2, la 400 °C temperatura substratului. Cele mai bune rezultate, din punct de vedere al rugozităţii depunerii, au fost obţinute pentru temperatura de 400 °C substrat şi vacuum de 3×10^-6 bar.
Investigaţia AFM a substratului din sticla de cuarţ a pus în evidenţă o suprafaţă cu o rugozitate foarte bună, de sub 1 nm.
Investigațiile AFM au arătat că temperatura substratului influențează grosimea filmelor subțiri PLD de BP2. Folosind AFM, am măsurat cât de gros a fost filmul subțire depus prin PLD: la 400 °C, grosimea este aproape dublă față de cel depus la 600 °C.
Rugozitatea este afectată şi de numărul de impulsuri. Rugozitatea crește de la 60 nm până la 150 nm, la 400 °C temperatura substratului, respectiv de la 20 nm la 50 nm, la 600 °C, temperatura substratului, atunci când numărul de pulsuri crește de la 12500 la 25000.
Diseminare: Rezultatele cercetărilor vor fi comunicate la 3 Conferinţe Internaţionale în 2017:
– 19th International Sol-gel Conference, Liege, Belgium, 3-8 septembrie 2017;
– 9th International Conference on Borate Glasses, Crystals and Melts, Oxford, England, 24-28 iulie 2017;
– 10th World Congress of Chemical Engineering, Barcelona, Spain, 1-5 octombrie 2017.
Vor fi trimise pentru publicare un număr de minim 2 articole la reviste inalt cotate ISI din domeniu: Ceramics International, Applied Surface Science.

Faza nr. 17

Responsabil: Dr. A. STAICU

Termen de predare: 15.02.2017

Title: „Obţinerea şi caracterizarea emisiei de tip lasing de către micropicături dopate cu nanoparticule”

Rezumat: În această etapă sunt raportate studii ale spectrelor de emisie obținute pe micropicături ce conțin soluții de Rh6G în apă distilată dopate cu nanoparticule de TiO₂. Excitarea se realizează folosind armonica a doua a unui laser pulsat YAG:Nd, ce operează la lungimea de undă de 532 nm, durata pulsului la semi-înălțime de 6 ns și energia medie între 6 și 10 mJ. Spectrele de emisie induse laser sunt analizate în funcție de concentrația de TiO₂ și energia laserului de pompaj. Sunt realizate comparații între spectrele de fluorescență emise de picături ce conțin nanoparticule de TiO₂ și spectrele obținute pe picăturile atârnate ce conțin doar soluție de Rh6G în apă excitate în aceleași condiții. Măsurările de tensiune superficială ale probelor arată că prin modificarea concentrației colorantului sau a nanoparticulelor au loc diferite fenomene de suprafață ce influențează caracteristicile emisiei de fluorescență.
Aceste studii arată modularea proprietăților emisiei colorantului laser prin varierea concentrației nanoparticulelor de TiO₂ și a energiei laserului de pompaj. Astfel nanoparticulele de TiO₂ se pot folosi în obținerea mediilor active micro-laser cu proprietăți acordabile.

Faza nr. 18

Responsabil: Dr. A. PETRIŞ

Termen de predare: 14.04.2017

Title: „Studiul neliniarităţii optice de ordinul trei a unor straturi subţiri pentru aplicaţii în fotonică”

Rezumat: ZnSe este un semiconductor intrinsec II-VI cu numeroase aplicații în fotonică și optoelectronică datorită spectrului foarte larg de transmitanţă, a unei benzi interzise Eg directe largi și a unui indice de refracție mare. Ultima proprietate este în mod particular importantă în proiectarea de sisteme optice cu structuri periodice 1D și 2D cu straturi subțiri, unde contrastul de indice este esențial. Proprietăţile de material ale ZnSe sunt potrivite pentru realizarea unor dispozitive de emisie, transmisie, procesare, stocare, complet optice. Procesele optice neliniare excitate de pulsurile laser ultrascurte în materialele neliniare cu dimensionalitate sub-lungimea de undă au aplicații importante în realizarea unor funcționalități fotonice complet optice.
Am studiat răspunsul optic neliniar de ordinul trei al unor straturi subțiri, cu grosimi sub-lungimea de undă, de ZnSe, material optic neliniar de interes pentru aplicații în fotonică, prin experimente de generare a armonicii a treia (λ=517 nm) în straturile subţiri considerate, cu pulsuri ultrascurte produse de un laser cu fibră optică dopată cu Er (λ=1550 nm), excitând neliniarități nerezonante ultrarapide (electronice). Valorile indicilor de refracție ce intervin în generarea armonicii a treia au fost extrase din ecuațiile Sellmeier stabilite din spectrele experimentale de transmitanţă. Am măsurat puterile optice foarte mici ale armonicii a treia (~ pW) cu o cameră foto uzuală utilizată ca powermetru ultrasensibil, implementând o metodă de măsurare propusă de noi. Am determinat susceptibilitatea optică neliniară de ordinul trei χ⁽³⁾ şi indicele de refracţie neliniar n₂ al filmelor subţiri de ZnSe excitate de un fascicul laser cu λ=1550 nm, parametri ce caracterizează răspunsul optic neliniar al materialului la lungimea de undă considerată, de interes în fotonică şi comunicaţii optice.

Faza nr. 19

Responsabil: Dr. Eniko GYORGY

Termen de predare: 14.04.2017

Title: „Investigarea activității fotocatalitice a nanomaterialelor compozite alcătuite din oxizi ale metalelor de tranziţie şi nanoparticule de carbon”

Rezumat: În cadrul acestei faze raportăm depunerea de straturi compozite formate din nanoparticule de dioxid de titan (TiO₂) şi oxid de grafen (GO) prin tehnica spin coating, pe substraturi de cuarț SiO₂. Ca materiale de bază am folosit nanoparticulele de TiO₂ și plachetele de GO pentru prepararea dispersiilor. Ca solvent am folosit apă şi acetonă. Straturile intermediare de polistirenă (PS) au fost depuse prin metoda drop-cast pe suprafața substraturilor, pentru a asigura aderența stratului compozit TiO₂-GO. Proprietățile morfologice și fizico-chimice ale materialelor compozite au fost corelate cu proprietățile lor funcționale. S-a constatat că grupele funcționale de oxigen ale GO în materialele compozite au fost reduse în prezența TiO₂ NPs. Activitatea fotodegradării sub iradiere de lumină UV – vizibilă a fost studiată prin măsurarea concentrației colorantului organic albastru de metilen (MB) în soluție apoasă și prin măsurarea consumului chimic de oxigen (CCO) a apelor reziduale.

Faza nr. 20

Responsabil: Dr. F. SIMA

Termen de predare: 15.06.2017

Title: „Acoperiri subţiri de materiale pe bază de carbon obţinute prin tehnici de depunere cu laser pulsat pentru aplicatii în stocarea de energie sau eliberarea controlată de substanţe active biomedical”

Rezumat: În această etapă raportăm obţinerea de filme subţiri de carbon poros pe substaturi solide. Astfel, am sintetizat microstructuri sub formă de filme subţiri de carbon prin Evaporare cu Laser Pulsat (Matrix Assisted Pulsed Laser Evaporation – MAPLE) urmată de un tratament termic. Procesul a constat în iradierea cu un fascicul laser pulsat a unei ţinte criogenice compusă din precursori organici biodegradabili precum fluoroglucinol şi acid glioxilic dizolvaţi în diferite amestecuri de solvenţi. Experimentele de iradiere au fost desfăşurate în vid cu ajutorul unei surse laser cu excimer KrF* (λ= 248 nm, τ= 25 ns). Prin ajustarea energiei laser şi modificarea solvenţilor din ţintă, am reuşit sinteza unor filme subţiri polimerice de câteva sute de nanometri cu diferite grade de reticulare (cross-linking), la temperatura camerei. Mentionăm că în cazul acestor depuneri nu a fost nevoie de uscare ulterioară sau termopolimerizare. După tratamentul termic al acoperirilor, s-au obţinut filme de carbon poros, de diferite morfologii, cu particularităţi la scală nanometrică, direct pe colectorii solizi.
Diseminare: E. Axente, M. Sopronyi, Camé.Matei. Ghimbeu, C. Nita, A. Airoudj, G. Schrodj, F. Sima, Matrix-Assisted Pulsed Laser Evaporation: A novel approach to design mesoporous carbon films, Carbon (2017), doi: 10.1016/j.carbon.2017.06.098.

Faza nr. 21

Responsabil: Dr. N. PAVEL

Termen de predare: 15.06.2017

Title: „Dispozitive laser hibride realizate prin tehnica scrierii directe cu fascicul laser cu durata de ordinul femtosecundelor”

Rezumat: Obiectivul fazei a fost realizarea de laseri multifuncţionali/hibrizi, de tip ghiduri de undă, cu funcţionare în regim de Q-switch (comutare pasivă). Scrierea ghidurilor s-a făcut cu un sistem laser Clark CPA-2101 (emisie la 775 nm, durata de 200 fs, frecvenţa de 2.0 kHz) în diferite medii compozite Nd:YAG/Cr⁴⁺:YAG de tip cristalin. Au fost determinate condiţiile de focalizare ale fasciculului laser (fs) astfel încât să se obţină ghiduri de undă tubulare de diferite dimensiuni. Emisia laser s-a obţinut folosind pompajul cu dioda laser cuplată la fibră optică. De la un ghid de undă cu diametrul de 150 μm (care a fost realizat într-un mediu compozit Nd:YAG/Cr⁴⁺:YAG alcătuit dintr-un cristal de 1.0-at.% Nd:YAG de 7 mm lungime şi un Cr⁴⁺:YAG cu transmisia iniţială T₀= 0.70) au fost obţinute pulsuri laser la 1.06 μm cu energia E_p= 15.7 μJ şi durata t_p= 3.9 ns la rata de repetiţie f_p= 71.9 kHz. Puterea de ieşire medie a fost P_ave= 1.13 W.
Diseminare: G. Croitoru (Salamu), F. Jipa, and N. Pavel,“Passive Q-switch laser operation of circular, buried depressed-cladding waveguides realized by direct fs-laser beam writing in Nd:YAG/Cr⁴⁺:YAG composite media”, Opt. Mat. Express 7(7), 2496-2504 (2017).

Etapa 2 – P2 2017

Faza nr. 22

Responsabil: Dr. A Groza

Termen de predare: 14.08.2017

Title: „Analize de filme nanometrice de interes bio prin spectrometrie optică şi de masă”

Rezumat: Actuala fază prezintă rezultatele obţinute în urma generării de straturi de interes bio prin metoda magnetron sputtering. Proprietăţile fizico – chimice ale straturilor subţiri obţinute au fost caracterizate prin spectroscopie de infraroşu şi spectroscopie optică de emisie cu descărcare luminiscentă. Spectroscopia de infraroşu a permis indentificarea benzilor moleculare de absorbţie specifice materialului ţintă. Distribuţia elementelor chimice componente în stratul subţire a fost analizată prin spectroscopie optică de emisie cu descărcare luminiscentă. S-a observat atât o distribuţie uniformă a acestora în strat cât şi difuzia lor în substrat, pe distanţe de ordinul zecilor de nm. De asemenea, prin înregistrarea spectrelor de masă în plasmă pe durata procesului de depunere, au fost identificate fragmente moleculare specifice materialului ţintă, cât şi a elementelor chimice la nivel de atom.

Faza nr. 23

Responsabil: Dr. I. Jepu

Termen de predare: 14.08.2017

Title: „Realizarea structurilor tribologice cu conţinut obţinute prin metode de magnetron reactiv/TVA – studiu comparativ”

Rezumat: În cadrul prezentei faze au fost obţinute cu succes straturi de SiC depuse simultan prin metoda TVA precum şi structuri ce au în compoziţia lor pe langă Si şi C incluziuni gazoase de N obţinute prin pulverizare reactivă de tip magnetron în regim HiPIMS. Au fost efectuate studii comparative pe cele două structuri de interes. Imaginile SEM obţinute au relevat o morfologie redusă a suprafeţei precum şi o lipsă de imperfecţiuni pentru cele două structuri de interes. Analizele în secţiune SEM au indicat o creştere compactă a filmelor depuse atât prin TVA cât şi prin r-HiPIMS subliniind importanţa bombardamentului cu ioni din cele două tipuri de plasme. Analiza TDS a confirmat prezenţa N în structura de SiCN. Desorbţia N începe la temperaturi de 200^oC şi continuă să crească până când temperatura finală este atinsă. Un alt aspect demn de menţionat este legat de sincronizarea spectrului N cu cel al O, ceea ce implică fie că N acţionează ca barieră de desorpţie fie cele două elemente sunt legate chimic. Analizele RBS au confirmat prezenţa azotului în toată grosimea structurii de SiCN. De asemenea atât structura SiC cât şi SiCN prezintă contaminări ridicate cu oxigen 10% at. Au fost observate pentru probele depuse prin HiPIMS o distribuţie cvasiuniformă a Si şi C în structura SiCN. În urma măsurărilor tribologice, coeficientul de frecare pentru ambele tipuri de structuri a variat între 0.15 şi 0.25. Imaginile SEM obţinute pe urmele de uzură au evidenţiat o exfoliere pentru ambele tipuri de structuri. În ciuda acestui fapt ambele structuri prezintă proprietăţi tribologice benefice datorită formării unui contact tribologic de tip carbură-carbură ideal pentru lubrifiere în regim uscat.

Faza nr. 24

Responsabil: Dr. M. Nistor

Termen de predare: 13.10.2017

Title: „Studiul dispozitivelor electronice transparente obţinute prin tehnici cu plasma din materiale oxidice avansate”

Rezumat: În această fază s-a urmărit realizarea cu scop demonstrativ a unor dispozitive electronice transparente obținute prin tehnici cu plasmă din materiale oxidice avansate pe substraturi adaptate integrării în aplicații. Aceste dispozitive electronice transparente se bazează pe tranzistori transparenți cu filme subțiri ale căror structuri sursă-canal-drenă self-asamblate au fost obţinute într-un singur proces de depunere prin metoda ablației cu fascicul pulsat de electroni, cu mască de tip „shadow”. Au fost investigate performanțele electrice și optice ale dispozitivelor electronice transparente, punându-se în evidență efectul de comutație electrică permanentă în cazul canalului lung.

Faza nr. 25

Responsabil: Dr. F. Dumitrache

Termen de predare: 13.10.2017

Title: „Sinteza prin piroliză laser de nanoparticule pe bază de Sn, Zn şi/sau Ti”

Rezumat: Nanoparticulele oxidice de staniu dopate cu zinc au fost sintetizate prin piroliză laser utilizând un amestec reactiv conținând vapori de tetraclorură de titan, tetrametil-Sn și dietil-Zn purtați de Ar sau C₂H₄, iar SF₆ sau C₂H₄ au fost utilizaţi ca sensibilizator. S-a utilizat ca oxidant aerul sintetic sau un amestec de oxigen și argon. Analizele TEM și XRD asupra nanopulberilor sintetizate demonstrează o structură cristalină îmbunătățită orientată spre mono-domenii cristaline atunci când procentul de oxigen crește în amestecul reactiv. Gradul de dopare cu Zn (până la 5% at%) poate fi reglat în mod fin prin controlul raportului precursorilor Zn / Sn cu un diametru mediu al particulei de aproximativ 12 până la 15 nm, pe măsură ce au fost relevate analizele EDX și TEM. Nanostructurile oxidice pe bază de staniu dopate cu zinc prezintă transparență optică şi conductivitate electrică. În ceea ce priveşte obținerea de nanoparticule pe bază de Ti, acest studiu vizează controlul experimental al fazelor, prin modularea parametrilor în timpul unei sinteze într-o singură etapă prin piroliză laser. Nanoparticule de TiO₂ de înaltă puritate, conținând fazele anatas şi rutil, cu exces de oxygen, sunt sintetizate din amestecuri de gaze TiCl₄ şi C₂H₄, în prezenta aerului ca donator de oxigen, utilizând radiația laserului cu CO₂. Probele de TiO₂ sunt analizate prin difracție cu raze X, EDX, TEM și spectroscopie Raman indicând o bună stabilitate a fazelor și o morfologie distinctă.

Faza nr. 26

Responsabil: Dr. E. Axente

Termen de predare: 13.10.2017

Title: „Caracterizarea compoziţională a bibliotecilor compoziţionale sintetizate prin LIBS fără calibrare în aer versus Argon. Comparaţii cu tehnici alternative ca RBS şi EDX”

Rezumat: Am demonstrat că analiza cantitativă a compoziţiei elementare a unor filme subţiri cu grosimi în domeniul zecilor de nanometri poate fi efectuată cu succes utilizând tehnica CF-LIBS (din engleză – calibration-free laser-induced breakdown spectroscopy). Astfel, filme subţiri de SiGe obţinute prin depunere laser pulsată combinatorială (C-PLD – din engleză Combinatorial-Pulsed Laser Deposition) pe substraturi din safir avand grosimi mai mici de 100 nm şi compoziţie variabilă au fost iradiate cu pulsuri laser UV cu durata în domeniul nanosecundelor. Spectrul de emisie al plasmei a fost înregistrat cu un spectrometru Echelle cuplat cu un detector ICCD şi comparat cu radianţa spectrală simulată pentru o plasmă în echilibru termodinamic local. Folosind un algoritm de calcul iterativ, am dedus compoziţia elementară a plasmei prin comparaţia spectrului măsurat cu cel simulat. Acest studiu evidenţiază că ablaţia laser în atmosfera de Argon generează o plasmă aproape uniformă, descrisă de valori unice ale temperaturii şi densităţii electronice. În caz contar, plasma produsă în aer, la temperatură şi presiune atmosferică, prezintă o zonă centrală fierbinte, înconjurată de o zonă periferică cu temperatură scazută, ce presupune utilizarea unui model radiativ mai elaborat pentru analize. Cu toate acestea, deoarece zona periferică a plasmei contribuie la spectrul de emisie global al plasmei în principal prin absorbţie, influenţa acesteia poate fi neglijată dacă analiza este efectuată doar pe baza liniilor de emisie optic subţiri. În final, analiza filmelor subţiri prin CF-LIBS este validată prin tehnici complementare ca RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry). Studiul arată că este posibilă obţinerea unei precizii de aproximativ 5%, principala sursă de erori fiind imprecizia datelor spectroscopice disponibile.

Faza nr. 27

Responsabil: Dr. C. Ticoş

Termen de predare: 13.10.2017

Title: „Caracterizarea plasmei de radio-frecvenţă la interacţia cu un fascicul de electroni de 15 keV”

Rezumat: Faza 27/2017 reprezintă continuarea activităţilor din faza 11/2016 şi a constat în caracterizarea plasmei de radiofrecvenţă la interacţia cu un fascicul de electroni de 15 keV. S-au determinat potenţialul flotant şi potenţialul plasmei folosind metoda sondei Langmuir şi s-a obţinut densitatea de electroni de 8,5×10¹⁵/m³ cu temperatura T_e=5,1 eV. A fost determinată tensiunea de self-bias şi s-a constatat că scade cu creşterea presiunii din incintă dar pe de altă parte creşte cu puterea rf. Acelaşi comportament se observă la tensiunea de self-bias la introducerea fasciculului de electroni în plasmă. A fost evaluat curentul de fascicul în incinta de interacţie şi s-au obţinut valori maxime de 7 mA. Valoarea curentului de fascicul este influenţată atât de presiunea plasmei cât şi de condiţiile de focalizare a fasciculului. O cunoaştere cât mai bună a parametrilor care caracterizează plasma şi fasciculul de electroni din incinta de interacţie este necesară pentru înţelegerea interacţiei produse între fascicul şi micro/nanoparticulele levitate în plasmă. Această interacţie urmează a fi realizată în cadrul fazei nr. 28 din 2017.

Faza nr. 28

Responsabil: Dr. C. Ticoş

Termen de predare: 15.11.2017

Title: „Accelerarea de nano/microparticule levitate în plasmă de către un fascicul de electroni”

Rezumat: Faza nr. 28/2017 reprezintă continuarea activităţilor din faza 27/2017 şi constă în accelerarea de microparticule levitate într-o plasmă de radio-frecvenţă (rf) în urma impactului cu un fascicul de electroni de 14 keV. Microparticulele au fost vizualizate din două direcţii folosind o cameră rapidă Photron şi au fost iluminate in cu o dioda laser de 20 mW cu lungimea de undă de 635 nm. În experimentele cu vizualizare din lateral am folosit microparticule de plastic (melamina formaldehidica-MF) de 11 µm iar în cele cu vizualizare de sus de 6 µm. Presiunea gazului de argon în camera de interacţie a fost între 75 şi 130 mTorr la o putere de 1W aplicată pe electrozii rf. Am determinat traiectoriile parcurse de microparticule după perioade diferite de timp prin tehnica Particle Tracking Velocimetry (PTV).

Faza nr. 29

Responsabil: Dr. S. Vizireanu/ Dr. D. Stoica

Termen de predare: 15.11.2017

Title: „Studiul modificării proprietăţilor nanomaterialelor în urma tratamentelor cu plasmă a dispersiilor lichide ale acestor nanomateriale (faza solidă)”

Rezumat: Funcţionalizarea direct în suspensia lichidă a nanomaterialelor este de mare importanţă pentru evitarea aglomerării, precipitării şi îmbunătăţirii manipulării acestora. Pe de altă parte grupările funcţionale adăugate conduc pe lângă îmbunătăţirea dispersabilităţii şi la schimbarea altor proprietăţi (electrice, umectabilitate, biocompatibilitate, stocare de energie etc). Metoda folosirii plasmelor pentru tratarea suspensiilor este promiţătoare şi destul de recentă în comparaţie cu metodele chimice.
Scopul experimentelor din această etapă a fost de modificare a proprietăţilor nanomaterialelor în urma tratării cu plasmă a dispersiilor lichide ale acestora. Pentru realizarea acestor experimente am folosit 2 tipuri de plasmă (jet DBE şi DBD) generate în diferite amestecuri de gaze. Jeturile de plasmă au fost imersate în suspensii de grafenă, oxid de grafenă-GOx, oxid de grafenă redus-rGO şi nanotuburi de carbon-NT.
Funcţionalizarea s-a realizat fie prin introducerea în descărcare a unor gaze reactive (oxigen, azot, amoniac etc) sau prin adăugarea în suspensie a unui reactiv lichid (acetonitrilul) descompus cu ajutorul plasmei. În urma investigărilor SEM, FTIR, Raman şi XPS am evidenţiat schimbările induse de tratamentele cu plasma imersată în aceste dispersii, mai precis asupra materialelor rezultate din uscarea respectivelor suspensii. Încorporarea de grupări funcţionale cu conţinut de oxigen şi azot s-a evidenţiat în majoritatea suspensiilor folosite (GOx, rGO şi NT). Tipul grupărilor funcţionale introduse poate fi selectat în funcţie de parametrii descărcării (în primul rând de gazul introdus, dar şi de tipului sursei folosite). Rezultatele obţinute au condus la identificarea unor căi de modificare a caracteristicilor nanostructurilor carbonice, precum şi la identificarea parametrilor de tratare care au condus la ataşarea unor grupări specifice. Tehnicile testate pe suspensiile amintite pot fi extinse şi la alte dispersii de materiale (nanoparticule, nanoceluloza, polimeri, etc).

Faza nr. 30

Responsabil: Dr. A. Marcu

Termen de predare: 15.11.2017

Title: „Producerea caracterizarea şi controlul proprietăţilor pentru hetero-nano fire fabricate prin tehnici laser”

Rezumat: Utilizând depunerea cu laseri pulsaţi (PLD) într-o configuraţie cu reflecţie de plasmă (Cunoscută cu acronimul PLD/PR) nanofire oxidice au fost crescute prin tehnica apor-lichid-solid (VLS). Utilizând acelaşi sistem experimental dar modificând condiţiile de creştere, nanofirele au fost acoperite cu straturi de acoperire din diferite materiale. Astfel, condiţiile de creştere (ca energia laserului pe puls sau pe tren de pulsuri, numărul de pulsuri şi temperatura de creştere) controlează morfologia de creştere şi respectiv structura materialului nucleului şi a stratului de acoperire. Caracterizarea nanostructurilor a fost realizată prin miscroscopie electronică de baleaj (SEM) şi prin transmisie (TEM), iar rezultatele au arătat posibilitatea controlului morfologiei şi propietăţilor structurale ale straturilor de acoperire pentru diferite materiale cât şi pentru straturi de acoperire din acelaşi material.

Faza nr. 31

Responsabil: Dr. O. Toma

Termen de predare: 10.12.2017

Title: „Mecanisme de conversie superioară în nanomateriale oxidice cu fononi de joasă energie, dopate cu ioni de pământuri rare”

Rezumat: Sunt studiate proprietăţile de conversie superioară ale materialului cristalin Er:BaGd₂ZnO₅. Acest compus este caracterizat de o energie mică (în jur de 360 cm^-1) a fononilor şi este o gazdă promiţătoare pentru conversie superioară. Sunt sintetizate pulberi nanocristaline din acest compus prin metoda citrat – EDTA; probe masive din acelaşi compus sunt sintetizate prin reacţie în fază solidă. Morfologia şi structura probelor sunt studiate prin microscopie electronică de baleiaj şi difracţie de raze X; se observă o bună puritate a fazei cristaline la probele sintetizate prin ambele metode. Printr-o analiză Judd-Ofelt, sunt calculate probabilităţile tranziţiilor Er³⁺ în BaGd₂ZnO₅, ca şi timpii de viaţă radiativi ai principalelor nivele de energie implicate în emisia prin conversie superioară (²H2_11/2, ⁴S_3/2 şi ⁴F_9/2). Aceste date noi sunt utilizate pentru a calcula eficienţele cuantice ale nivelelor emiţătoare prin conversie superioară (²H2_11/2, ⁴S_3/2) şi ⁴F_9/2. Este observată emisia prin conversie superioară în verde şi rosu în Er:Yb:BaGd₂ZnO₅; sunt identificate principalele mecanisme de conversie superioară. Se compară emisia de luminescentă prin conversie superioară în Er:Yb:BaGd₂ZnO₅ cu cea obţinută în Er:Yb:CaSc₂O₄ şi se găseste că emisia în Er:Yb:BaGd₂ZnO₅ este mai intensă.