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: „Cercetări aplicative cu laseri, plasmă şi radiaţii destinate dezvoltării de tehnologii emergente (în domeniul sănătate, energie, securitate şi mediu)”

Proiectul 4: PN 16 47 01 04
Director de proiect: Dr. TISEANU Ion

În contextul integrării rezultatelor obţinute în activitatea de cercetare cu cerinţele pieţei şi ale beneficiarilor, un interes cât mai mare trebuie acordat dezvoltării şi focalizării cercetării aplicative către creşterea competitivităţii prin inovare şi transferul cunoştinţelor spre beneficiari economici.

În concordanţă cu misiunea INFLPR, prezenta propunere de proiect are ca scop dezvoltarea unor materiale şi tehnologii avansate ce utilizează laserii, plasma sau radiaţia şi destinate tehnologiilor emergente în domeniile: energii noi şi regenerabile, sănătate, mediu şi bioeconomie, tehnologia informaţiei şi a comunicaţiilor, spaţiu și securitate, tehnologii noi şi emergente şi materiale avansate. Propunerea de proiect va contribui la realizarea Obiectivului specific D. al Programului Nucleu INFLPR: Cercetări aplicative cu laseri, plasmă și radiații destinate dezvoltării de materiale avansate în vederea utilizării lor în tehnologii emergente în domeniile energie, mediu, sănătate, spațiu și securitate. Propunerea curentă are şi scopul acoperirii verigii lipsă între activităţile de cercetare fundamentală/aplicativă din INFLPR şi cerinţele companiilor din cluster-ul MHTC şi din economia ţării. Acest scop se propune a fi atins, printre altele, prin racordarea resursei umane de excepţie a INFLPR la infrastructura de cercetare deosebită din cadrul Centrului de Tehnologii Avansate cu Laser – CETAL.

Acestea fiind spuse, obiectivul principal al proiectului va consta în creşterea recunoaşterii naţionale şi internaţionale a capabilităţii Institutului pentru inovare şi transfer tehnologic prin extinderea activităţilor CDI existente şi abordarea de tematici noi în următoarele domenii de specializare inteligentă:

• OG1. Materiale şi tehnologii pentru dezvoltarea de forme de energie noi și regenerabile
• OG2. Materiale și tehnologii pentru sănătate, mediu şi bioeconomie
• OG3. Tehnologia informaţiei şi a comunicaţiilor, spaţiu și securitate
• OG4. Tehnologii noi şi emergente şi Materiale avansate

După cum se observă în lista de mai sus obiectivele propunerii de proiect se aliniază domeniilor de specializare inteligentă şi domeniilor de prioritate publică aşa cum au fost definite în Strategia Naţională de Cercetare-Dezvoltare şi Inovare 2014-2020.

In cadrul tematicii generale „OG1: Materiale şi tehnologii pentru dezvoltarea de forme de energie noi și regenerabile” sunt vizate următoarele obiective specifice (OS):

• OS 1.1 Investigarea de noi materiale nanostructurate produse prin metode laser cu aplicaţii în celule solare.
• OS 1.2 Materiale pentru aplicaţii din domeniul fuziunii nucleare: acoperiri dure pentru componentele primului perete tokamak
• OS 1.3 Tehnici numerice avansate pentru diagnoza şi controlul plasmei de fuziune în condiţii experimentale reale.

Aspectele care ţin de domeniul „OG2: Materiale și tehnologii pentru sănătate, mediu şi bioeconomie” vor fi abordate în cadrul următoarelor direcţii:

• OS 2.1 Aplicarea plasmei netermice în depoluarea apei contaminate. Aplicaţii în agricultura
• OS 2.2 Sinteza, procesarea şi caracterizarea materialelor ceramice pentru încapsularea produşilor de fisiune radioactivi
• OS 2.3 Investigarea propagării unor fascicule structurate prin medii turbulente şi/sau medii cu structură microscopică dinamică pentru obţinerea neinvazivă a imaginilor şi detecţie optică
• OS 2.4 Platformă imagistică multimodală pentru dezvoltare de nanomateriale pentru teranostică şi cercetări inovative în biotehnologie
• OS 2.5 Cercetări privind dezvoltarea unui sistem imagistic hiperspectral ce utilizează un interferometru ca element dispersiv, cu aplicaţii în domenii ca: mediu şi sănătate

Domeniul „OG3: Tehnologia informaţiei şi a comunicaţiilor, spaţiu și securitate” este reprezentată de studii privind:

• OS 3.1 Sinteza şi optimizarea unor structuri de senzori cu selectivitate ridicată la detecţia de gaze specifice
• OS 3.2 Determinarea caracteristicilor transportului razelor cosmice şi al particulelor vântului solar
• OS 3.3 Filme nanostructurate obţinute prin tehnici laser combinate utilizate în senzori de gaze toxice

Cele mai numeroase obiective specifice vor fi ţintite în aria tematică ”OG4: Tehnologii noi şi emergente şi Materiale avansate”

• OS 4.1 Structuri avansate de laseri cu corp solid pompaţi cu diode laser pentru aprinderea de combustibil în motoarele cu ardere internă.
• OS 4.2 Sinteza şi micro/macro-procesarea materialelor avansate cu tehnologii laser
• OS 4.3 Sinteza în plasmă de structuri planare cu alternanţă de proprietaţi în condiţii de reproductibilitate
• OS 4.4 Sinteza amestecurilor de hidrogel superabsorbant cu grafenă şi investigarea compuşilor cu activitate chirală din produse medicale, în câmp de radiaţii ionizante
• OS 4.5. Cercetări experimentale privind sudarea laser a materialelor metalice
• OS 4.6 Dezvoltarea şi aplicarea sistematică a tehnicilor de control nedistructiv existente în INFLPR ca metode de monitorizare a asigurării calităţii serviciilor de micro-macroprocesare prin tehnici laser, plamă şi radiaţii.

Întregul proiect va beneficia de dezvoltarea şi implementarea de tehnici informaţionale pentru modelare numerică avansată, stocare şi manipulare de date în scopul facilitării accesului la cercetări avansate de laseri şi plasmă cu aplicaţie în sănătate, spaţiu şi securitate.

Tematica CDI abordată în proiect are corespondenţă în obiectivele (Ob) strategice ştiinţifice şi direcţiile de cercetare (D) din Planul de Dezvoltare Instituţională pe perioada 2015-2020 cum ar fi:

• Ob. #3. Studii avansate ale plasmei în domeniul energiei de fuziune (EURATOM) şi a proceselor de tip eco-nano-bio
• D 3.3. Procese avansate pentru chimia plasmei şi cataliză, generare de energie verde şi regenerabilă, analiza ambientală şi elementală;
• D 3.4. Cercetare de fuziune integrată prin proiecte internaţionale de anvergură (JET, ITER, DEMO) sub egida programului EURATOM.
• Ob. #4. Aplicaţiile industriale şi biomedicale ale procesării fotonice şi cu plasma.
• D 4.2. Cercetări asupra producerii de materiale biomedicale şi tehnologii pentru aplicaţii în stiinţele vieţii folosind laserii şi plasma.
• D 4.3. Tehnologii de acoperire ultra rezistente în condiții extreme pentru domeniul laserelor de mare putere, a fuziunii şi fisiunii.
• D 4.4 Tehnici avansate de raze X pentru asigurarea calităţii tehnologiilor în fuziune / fisiune/ industria aerospatială/ securitate.
• D 4.5 Tehnologii de procesare cu laseri, plasma şi radiatie a unor noi produse.
• D 4.6 Aplicaţiile acceleratoarelor de electroni, implantării cu ioni şi a surselor de plasmă în industrie şi protectia mediului.

Dat fiind caracterul de finanţare de bază al Programului Nucleu, ne propunem şi abordarea unor tematici noi precum: acoperiri dure, pentru funcţionare în condiţii extreme – acoperiri destinate interacţiilor cu plasmă ultrafierbinte din instalaţiile de fuziune; acoperiri destinate opticii care funcţionează în motoarele cu ardere internă, teranostică (terapie+diagnostică) cu raze X şi nanoparticule multifuncţionale. În general, tematicile abordate vor reprezenta direcţii de cercetare pentru următorii ani, cercetarea urmând să fie continuată în cadrul unor proiecte specifice ale planurilor naţionale şi europene.

• Etapa 1 – P4 2016
• Etapa 2 – P4 2016
• Etapa 1 – P4 2017
• Etapa 2 – P4 2017

Etapa 1 – P4 2016

Faza nr. 1

Responsabil: Dr. M. SCĂRIŞOREANU

Termen de predare: 15.04.2016

Title: „Filme nanostructurate obţinute prin tehnici laser combinate utilizate în senzori de gaze toxice”

Abstract: Filmele nanostructurate din materiale cu proprietăţi senzoriale aduc importante beneficii: o sensibilitate mult marită, repetabilitate, diminuarea limitei de detecţie a gazului de detectat, a temperaturii de lucru pentru celula senzorială şi dimensiune mai redusă cu posibilitatea cipării unor senzori complecşi de gaze. Filmele nanostructurate sunt obţinute prin sinteza de nanoparticule prin piroliză laser, urmată de depunere fizică fie prin spin coating, fie prin tehnica MAPLE- PLD. Relativ la precursori se folosesc de bază tetrametil staniu, compus volatil organo-metalic, iar pentru dopajul cu alte elemente se utilizează fie pentacarbonilul de fier, fie trimetoximetil silan (SiX₃Y), fie tricarbonil nitrozil cobalt. Pulberile au fost analizate prin XRD, TEM, HREM, EDS, FT-IR, Raman şi SEM. Filmele nanostructurate sunt analizate prin XRD, FT-IR, SEM, UV-VIS, ot AFM, iar proprietăţile electrice sunt evaluate prin depunerea de filme pe suporturi având contacte electrice (Au) poziţionate la 0.2 mm. Tot filme depuse pe Si intrinsec având contacte electrice poziţionate la 0.4 mm sunt introduse în cuptorul de teste în condiţiile unei atmosfere controlate având între 100-1000 ppm H₂, CH₄ sau vapori de etanol, totul în aer sintetic şi la temperaturi de testare cuprinse între 150 şi 350⁰C. Măsurări electrice şi teste de răspuns la urme de hidrogen indică o sensibilitate adecvată aplicaţiilor acestor filme nanostructurate ca senzori de gaze toxice. Se realizează şi se analizeză un set de probe nanocompozite: miez pe bază de oxid de staniu şi inveliş pe bază de silica.

Faza nr. 2

Responsabil: Dr. C. POROŞNICU

Termen de predare: 15.04.2016

Title: „Modificări morfo-structurale de interes pentru fuziunea nucleară induse filmelor multistrat prin radiaţie laser şi încălzire indirectă”

Abstract: Am propus un studiu al condiţiilor optime de depunere a filmelor subţiri multistrat cu conţinut de wolfram, folosind metoda arcului termoionic în vid, având ca aplicabilitate directă aplicaţii în fuziunea nucleară. Totodată a fost urmărit efectul radiaţiei laser directe asupra modificărilor morfologice induse structurilor cu conţinut de wolfram. A fost efectuat studiul modificărilor morfologice în urma încălzirii indirecte cu fascicul de ioni în timpul depunerii straturilor cu conţinut de wolfram şi incluziuni gazoase de azot şi deuteriu prin mărirea gradului de ionizare al plasmelor de tip magnetron.
În această etapă au fost realizate două tipuri de structuri multistrat cu conţinut de W, Ni şi respectiv Fe obţinute prin metoda TVA. Grosimea filmelor subţiri de 210 nm a fost obţinută prin depunerea succesivă a straturilor cu grosime de 30 nm de W, Ni respectiv. În cazul structurii W+Fe+Ni, prin iradierea directă a acestora utilizând un laser cu puterea de 2W, o lungime de undă de 355 nm cu un spot de 20 de microni în diametru şi o frecventă de 500 kHz s-a încercat simularea condiţiilor întâlnite în vecinătatea peretelui divertor din cadrul unui reactor de fuziune. Straturile de W cu incluziuni gazoase de N şi D au fost obţinute prin codepunere în atmosferă reactivă de Ar-D şi Ar-D-N separat prin două metode: HiPIMS şi DCMS.
În urma investigaţiilor efectuate pe probele cu conţinut de W a fost observată o modificare a proprietăţilor morfologice şi structurale înainte şi după expunerea acestor probe la radiaţia laser şi fluxul de ioni de deuteriu/argon/azot. Investigaţii suplimentare sunt necesare pe diferite tipuri de substrat precum Si, C şi W, pentru a evidenţia influenţa acestora asupra proprietăţilor filmelor subţiri cu conţinut de W.

Faza nr. 3

Responsabil: Dr. V. DAMIAN

Termen de predare: 15.06.2016

Title: „Cercetări privind un sistem imagistic hiperspectral ce utilizează un sistem dispersiv interferometric”

Abstract: Proiectul are în vedere realizarea unui sistem de formare de imagini hiperspectrale (HSI) ce foloseşte ca element dispersiv un sistem interfometric. În cadrul fazei a fost realizată o documentare despre sistemele hiperspectrale cu interferometre, despre sistemele dispersive interferometrice, în particular interferometrul Fabry-Perot şi au fost prezentate câteva aplicaţii ale unor astfel de sisteme. Este prezentată, de asemenea, o posibilă schemă de sistem hiperspectral cu interferometru Fabry Perot.

Faza nr. 4

Responsabil: Dr. N. SCĂRIŞOREANU

Termen de predare: 15.06.2016

Title: „Procesare laser de materiale perovskitice multifuncţionale pentru aplicaţii în ecologizarea mediului şi generarea de energie”

Abstract: Scopul principal al acestei faze a fost acela de a obţine nanostructuri (straturi subţiri, folii monocristaline) de materiale perovskitice inorganice (BiFeO₃, (La, Y)-BiFeO₃) prin procesare laser, pentru aplicaţii în ecologizarea mediului (degradare de poluanţi organici persistenţi) şi generarea de energie. În urma experimentelor de ablaţie laser în lichid a unei ţinte de BiFeO₃ au fost obţinute nanostructuri în suspensie care au fost investigate din punct de vedere optic, structural şi fotocatalitic. Nanostructuri 2-D de (BiO)₂CO₃ asemănatoare grefenelor şi nanoparticule amorfe de BiFeO₃ au fost obţinute prin ablaţie laser în lichid a unei ţinte de BiFeO₃. Activitatea fotocatalitică de generare de hidrogen prin spargerea moleculei de apă a acestor agregate a fost, de asemenea, pusă în evidenţă, prin iradierea acestora la 1.5 AM (1000W/m²). Prin ablaţia laser în mediu lichid a acestor materiale perovskitice s-a urmărit obţinerea de nanostructuri cu performanţe catalitice similare sau superioare straturilor subţiri epitaxiale perovskitice în combinaţie cu posibilitatea acestei tehnici de procesare laser de a fi implementată industrial.

Faza nr. 5

Responsabil: Dr. M. MĂGUREANU

Termen de predare: 15.06.2016

Title: „Studiul efectelor induse de plasma de neechilibru asupra lichidelor”

Abstract: Au fost investigate descărcări electrice generate la interfaţa gaz-lichid în diferite configuraţii (descărcări cu barieră dielectrică, descărcări corona fir-placă, descărcări corona cu spray de lichid). Obiectivul fazei a constat în identificarea şi cuantificarea principalelor specii oxidante formate în fază gazoasă şi în fază lichidă sub acţiunea plasmei de neechilibru: ozon (O₃), radicali hidroxil (●OH), peroxid de hidrogen (H₂O₂). De asemenea, au fost analizate soluţiile tratate cu plasmă în scopul detectării produşilor de reacţie şi determinării eficienţei metodelor folosite pentru degradarea şi mineralizarea substanţelor poluante.
Rezultatele obţinute în acest studiu oferă o înţelegere mai profundă asupra reacţiilor speciilor oxidante generate în descărcări electrice în contact cu lichide şi un compus organic poluant (metil paraben – MeP). Tratarea cu plasmă combinată cu ozonizare (cu O₃ format în plasmă) s-a dovedit eficientă pentru degradarea MeP. Poluantul (cu o concentraţie iniţială 50 mg/L) este complet eliminat după 15 min de tratare, iar constanta de rată este dublă faţă de ozonizare. Mineralizarea este de asemenea substanţială în configuraţia plasmă+O₃: 66.5% eliminare a carbonului organic total după 60 min de tratare. Cu toate că O₃ accelerează semnificativ eliminarea MeP faţă de tratarea numai cu plasmă, alţi oxidanţi generaţi în plasmă (în principal radicalii ●OH) au de asemenea o contribuţie esenţială la degradarea poluantului şi la mineralizare. În soluţia de MeP au fost detectaţi mai puţini radicali ●OH decât în apă, datorită reacţiilor acestora cu MeP şi produşii săi de degradare. Cantitatea de H₂O₂ acumulată în lichid este de asemenea influenţată de prezenţa MeP: în funcţie de concentraţia compusului organic este afectată rata de formare a H₂O₂ sau rata de descompunere a acestuia în reacţii cu ●OH sau O₃.

Faza nr. 6

Responsabil: Dr. B. MITU/ Dr. V. SĂTULU

Termen de predare: 3.08.2016

Title: „Sinteza în plasmă a structurilor planare cu alternanţă de proprietăţi; evaluarea morfologiei şi structurii chimice”

Abstract: Au fost sintetizate filme subțiri monocomponente de politetrafluoretilenă prin tehnica pulverizării magnetron, respectiv filme de carbon amorf hidrogenat prin tehnica depunerii chimice din fază de vapori asistată de plasmă.
Au fost determinate pentru fiecare dintre acestea ratele de depunere în funcție de puterea RF aplicată pe sursa magnetron, respectiv descărcării PECVD și s-au determinat condițiile care conduc la filme cu rugozitate scăzută, care sunt potrivite pentru realizarea de structuri multistrat cu alternanță de proprietăți. Pentru straturile bicomponente am demonstrat prezența legăturilor C-F, provenind din stratul PTFE, cât și a legăturilor C-H, provenind din stratul a-C:H.

Etapa 2 – P4 2016

Faza nr. 7
Responsabil: Dr. V. CRĂCIUN
Termen de predare: 15.09.2016
Title: „Sinteza de noi compuşi ceramici pentru încapsularea deşeurilor radioactive”
Abstract: Activitatea principală a acestei faze a fost depunerea de materiale ceramice performante sub formă de filme subţiri în vederea studierii efectelor radiaţiei asupra proprietăţilor, structurii şi stoichiometriei. Pe baza acestor rezultate se vor dezvolta noi compuşi ceramici cu rezistenţă la efectele radiaţiei ce pot fi utilizaţi pentru încapsularea deşeurilor radioactive.
Dintre rezultatele obţinute vom mentiona în lista de mai jos doar pe cele mai importante:

• obţinerea de filme ceramice subţiri prin tehnica ablaţiei laser pulsate folosind laseri cu excimeri (KrF-248 nm şi ArF-193 nm) cu caracteristici morfologice ale suprafeţei compatibile cu tehnici experimentale de investigatie a structurii şi proprietăţilor cu rezoluţie în adancime de ordinul nm;
• utilizarea tehnicii XRR (reflectometrie speculară a radiaţiei X) pentru determinarea variaţiilor de densitate ca efect al iradierii cu ioni energetici sau radiaţie gama;
• investigarea efectului iradierii cu ioni de Ar de 800 keV asupra dimensiunilor grăunţilor nanocristalini;
• investigarea efectului iradierii cu ioni de Ar de 800 keV asupra compoziţiei chimice a materialelor ceramice;
• depunerea de filme ceramice de HfO₂ cu proprietăţi structurale şi electrice bune pentru iradieri gama;
• investigarea efectului radiaţiei gama asupra structurii şi proprietăţilor optice ale filmelor amorfe de HfO₂.

Obiectivele acestei faze au fost complet îndeplinite. Avem îndeplinite toate condiţiile necesare pentru continuarea cu succes a cercetărilor şi îndeplinirea următoarelor obiective propuse.

Faza nr. 8
Responsabil: Dr. I. TISEANU
Termen de predare: 15.09.2016
Title: „Metode de reconstrucţie tomografică optimizate pentru caracterizare dimensională ( lungimi, unghiuri, arii, abateri de formă şi de poziţie) şi defectoscopică (fisuri, porozitate, incluziuni) a structurilor realizate prin procesare laser/ plasmă”
Abstract: Tomografia de raze X (XCT) s-a dezvoltat ca o metodă de metrologie industrială şi de asigurare a calităţii în care se obţin simultan informaţii geometrice şi defectosopice foarte precise pentru structuri 3D complexe realizate prin procesare cu laser, plasmă sau radiaţii. Această tematică oferă contextul pentru elaborarea procedurilor şi aplicarea sistematică a tehnicilor de control nedistructiv existente în INFLPR, ca metode de asigurare a calităţii serviciilor de procesare prin tehnici laser.
În perioada de raportare s-au realizat următoarele activităţi:

• Au fost analizate prin microtomografie suduri realizate cu un laser de undă continuă TruDisk3001, cu un spot laser de 600 µm, la diferiţi parametri, conectat la un sistem robotic cu 6 grade de libertate.
• S-a demonstrat o procedură de inspecţie defectoscopică pe probe din material compozit pe bază de cauciuc natural, rumeguş. S-a pus în evidenţă gradul de aderenţă îmbunătăţită a matricii de cauciuc natural la particulele de rumeguş şi distribuţia volumetrică a concentraţiei acestora. Evaluarea dimensională a structurilor interne, a unor reţele polimerice pe bază de hidrogeluri, s-a realizat cu modulul de metrologie Volume Graphics.
• Două tehnici de analiză prin XRF au permis analiza 2D a compoziţiei şi determinarea conformităţii de grosimi respectiv uniformităţii straturilor de aliaje W, Ni, Fe depuse pe substrat de carbon, straturi ce reprezintă interes pentru tehnologia de fuziune nucleară.
• De asemenea s-a realizat certificarea CertRom SM Calitate-ISO 9001 şi Mediu IDO 14001 a laboratorului de microtomografie din INFLPR.

S-a atins obiectivul principal al fazei prin demonstrarea aplicabilităţii tehnicilor de control nedistructiv existente în INFLPR, ca metode de monitorizare şi de asigurare a calităţii serviciilor de procesare cu laser, plasmă sau radiaţii.

Faza nr. 9
Responsabil: Dr. M. ZAMFIRESCU
Termen de predare: 15.11.2016
Title: „Elemente optice difractive ca elemente de siguranţă obţinute prin ablaţie cu pulsuri laser în picosecunde”
Abstract: Elementele optice difractive (DOE = (eng.) “Diffractive Optical Element”) reprezintă o clasă de dispozitive optice pasive utilizate pentru a obţine distribuţii arbitrare de intensitate. O categorie specială de DOE este reprezentată de acele elemente ce modulează lumina incidentă sub forma calculată într-o hologramă generată pe calculator. Aceste dispozitive îşi găsesc aplicaţii în marcare de securitate, manipulare optică, comunicaţii şi alte domenii conexe.
În perioada desfăşurării fazei au fost realizate următoarele:

• A fost realizată o instalaţie integrată şi parţial automatizată, pentru fabricare de DOE bazată pe scriere directă cu laserul (2D). Principalele elemente ale instalaţiei sunt reprezentate de un sistem laser industrial pentru microprocesări, cu pulsuri laser de picosecunde, 3 lungimi de undă disponibile (1064 nm, 532 nm, 355 nm) şi o translaţie de mare precizie pe două axe (Aerotech). Instalaţia poate fi utilizată pentru orice microprocesări bidimensionale, în parametri disponibili.
• A fost dezvoltat un software cu licenţă “CC Attribution 4.0” pentru proiectarea de holograme pentru imagini arbitrare, folosind două metode numerice bazate pe modelul scalar al difracţiei, şi proiectare de holograme pentru fascicule Airy bidimensionale. Aplicaţia permite transformarea hologramelor calculate în holograme binare tip “Detour-Phase”.
• Au fost fabricate holograme proiectate folosind toate metodele enumerate mai sus, pe film subţire de Cr depus pe substrat de sticlă.

Rezultatele obţinute în această fază prezintă potenţial de dezvoltare atât a fabricării de DOE, cât şi pentru metode complexe de microprocesare 2D prin scriere directă cu laserul. Sistemul poate fi extins pentru procesări 3D, atât pentru scriere directă, cât şi pentru alte tipuri de procesări (tăieri, perforaţii, suduri). Rezultatele obţinute urmează a fi publicate într-o revistă ISI.

Faza nr. 10
Responsabil: Dr. A. SCĂRIŞOREANU
Termen de predare: 15.11.2016
Title: „Sinteza şi caracterizarea fizico-chimică a mixturilor; hidrogel superabsorbant cu grafenă, obţinute în fază solidă, prin iradiere cu radiaţii ionizante”
Abstract: În prezenta fază de proiect s-au obţinut hidrogeluri superabsorbante din polimeri biodegradabili (gumă xantan şi carboximetilceluloza) funcţionalizate cu oxid de grafenă prin procesare cu radiaţii ionizante în absenta oxigenului. S-au preparat cinci compoziţii diferite de amestecuri polimerice, în care s-au variat concentraţiile polimerilor şi raportul masic al acestora, cat şi concentraţia de agent de reticulare. Pentru investigarea efectului radiaţiei ionizante asupra compoziţiilor polimerice studiate s-au variat dozele de iradiere, respectiv debitele de doză.
Rezultatele obţinute au pus în evidenţă faptul că obţinerea de hidrogeluri superabsorbante din polimeri biodegradabili şi oxid de grafenă cu radiaţii ionizante este viabilă. În funcţie de concentraţia, raportul masic al polimerilor, doza şi debitul de doză utilizat, s-au obţinut hidrogeluri superabsorbante cu grade de gonflare diferite (GG%). Cea mai bună comportare în acest sens, au prezentat-o hidrogelurile XGCMCGO cu compoziţia masică XG:CMC (70:30), pentru care s-a obţinut un grad maxim de gonflare GG=14000 % la doza de iradiere de 15.2 kGy şi debitul de doză de 15 Gy/s. De asemenea, tot pentru această compoziţie de hidrogel este evidentă creşterea rezistivităţii de suprafaţă (RS) proporţională cu creşterea valorii dozei de iradiere, fapt ce ar putea indica reducerea parţială a oxidului de grafenă la suprafaţa probelor, indusă de expunerea la radiaţiile ionizante. Curbele curent-tensiune I(V) indică faptul că materialele măsurate au comportament electric Ohmic peste care se suprapune fenomenul cunoscut sub numele de “Voltage Coefficient of Resistance” şi anume rezistenţa electrică îşi modifică valoarea în funcţie de tensiunea aplicată.
Rezultatele obţinute în acestă fază prezintă un real potenţial pentru realizarea de hidrogeluri superabsorbante cu proprietăţi conductive prin sinteza cu radiaţii ionizante. Rezultatele obţinute în această fază de proiect au fost diseminate prin participarea la două conferinţe, urmând ca aceste rezultate să fie publicare în reviste cu factor de impact ISI.

Faza nr. 11
Responsabil: Dr. A. ROTARU
Termen de predare: 15.11.2016
Title: „Stabilitatea termică a complecşilor de coordinaţie heterobimetalici de Zn(II)/Ni(II) şi Ln (III) cu derivaţi ai ovanilinei şi 2.2- dimetil- propilendiaminei”
Abstract: Scopul principal al acestei faze a constat în determinarea stabilităţii termică şi a proprietăţilor termofizice ale complecşilor de coordinaţie heterobimetalici de Zn(II)/Ni(II) şi Ln (III) cu derivati ai o-vanilinei şi derivaţi ai propilendiaminei, care sunt materiale luminiscente complex-anorganice, unii dintre aceştia fiind materiale ce se comportă ca micro-antene în raport cu acumulările de energie ce corespund mai multor lungimi de undă de excitare. În cadrul acestei faze s-a determinat ţinta propusă, si anume: stabilitatea termică a compuşilor din clasa complecşilor de coordinaţie heterobimetalici de mai sus (liganzi: L1=Valpn şi L2=Valdmpn), în condiţii inerte de Ar şi respectiv de aer sintetic, precum şi validarea pentru alegerea celor care urmează a fi folosiţi ca materiale fotoluminiscente, atât în formă solidă de pulbere, cât şi ca film subtire. Au fost determinate domeniile de temperatură referitoare la stabilitatea termică; astfel a fost conferită posibilitatea si siguranţa folosirii unor temperaturi clare în timpul procesării cu laserul a filmelor subţiri propuse. De asemenea, în sfera de coordinare a Zn(II)/Ni(II) se găseşte un fragment de H₂O, iar în sfera de coordinare a Ln(III) sunt 3 anioni (NO₃)- care totodată compensează şi sarcinile pozitive ale cationilor lantanidelor, iar tot acest complex este uneori cristalizat cu molecule de H₂O; în acelaşi timp cu verificare stabilităţii şi a comportamentului termic, prin analiză termică se poate deremina sau confirma numărul şi tipul de fragmente de coordinaţie sau cristalizare prezente în fiecare moleculă investigată. În general, compuşii sunt la fel de stabili în argon şi în aer, singura diferenţă apărând în momentul pirolizei vs. arderii ligandului organic. A fost evidenţiată o stabilitate termică puţin mai mare a compuşilor cu ligandul L1 faţă de cei cu ligandul L2, dar cu siguranţă prin suprapunerea curbelor termoanalitice există indicii că reacţiile de descompunere a analogilor cu L1 sunt favorizate cinetic. Nu se poate vorbi de o stabilitate termică diferită de la un compus la altul, maximul vitezei procesului de eliminare a NO₂ fiind în toate cele 3 cazuri la 300 °C. În cazul compuşilor cu Ni(II), curbele termoanalitice sunt similare, dar stabilitatea termică este de obicei mai mică decăt la analogii ce conţin Zn(II) şi respectiv liganzii corespunzători.

Faza nr. 12
Responsabil: Dr. S. AMARANDEI
Termen de predare: 9.12.2016
Title: „Investigarea propagării unor fascicule structurate prin medii cu structură microscopică formate din particule”
Abstract: Fascicule luminoase structurate au fost generate experimental cu ajutorul unui modulator spaţial al fazei optice, iar caracteristicile acestora au fost determinate experimental. Efectul propagării fasciculelor structurate prin soluţii apoase de microsfere din polistiren a fost măsurat pentru concentraţii volumice de la 0 la 2.5%. Măsurările au arătat că elemente ale profilului fasciculelor structurate se păstrează în ciuda împrăştierii în soluţia apoasă de microsfere din polistiren.

Faza nr. 13
Responsabil: Dr. N. PAVEL
Termen de predare: 9.12.2016
Title: „Structuri avansate de laseri cu corp solid pompaţi cu diode laser pentru aprindere de combustibil în motoarele cu ardere internă”
Abstract: Procesul de aprindere a amestecurilor combustibile cu un sistem laser este o tehnică alternativă la aprinderea obţinută cu o bujie clasică, prezentând interes în mod deosebit pentru motoarele cu aprindere internă. Printre avantajele acestei metode menţionăm: (i) absenţa efectului de “quenching” pentru frontul de flacără datorită absenţei electrodului, fapt care duce la scurtarea duratei de ardere; (ii) posibilitatea de aprindere într-o poziţie optimă în camera de combustie; (iii) scăderea consumului de combustibil şi a emisiilor de gaze de eşapament în condiţii normale de operare, sau (iv) posibilitatea de a aprinde amestecuri sărace de aer-combustibil pentru a reduce influenţa emisiilor motorului asupra mediului înconjurător.
În această fază de contract sunt prezentate rezultate privind două configuraţii de laseri cu corp solid pompaţi cu diode laser, cu posibile aplicaţii în aprinderea amestecurilor combustibile.
Prima configuraţie laser a constat dintr-un mediu compozit Nd:YAG/Cr⁴⁺:YAG care a fost pompat longitudinal cu diode laser, astfel încat să emită patru fascicule laser. Fiecare fascicul a avut energia şi durata pulsului astfel încat prin focalizare a indus fenomenul de ‘spargere a aerului’. Au fost propuse şi investigate mai multe configuraţii de focalizare, cu scopul de a controla volumul în care se poate realiza aprinderea cu laser.
A doua configuraţie a fost un laser Nd:YAG/YAG compozit, în geometrie de tip ‘lentilă activă’. Mediul compozit Nd:YAG/YAG a fost de tip disc subţire şi a constat dintr-o zonă (inima) de mediu activ Nd:YAG înconjurată de o zonă YAG; o suprafaţă a mediului este plană, iar cealaltă suprafaţă este de formă concavă. Pompajul s-a făcut lateral, din trei direcţii, cu diode laser cuplate la fibre optice.
Diseminare:
Articole publicate în reviste indexate ISI – Web of Science;
1. T. Dascalu, G. Croitoru, O. Grigore, N. Pavel, “High-peak power passively Q-switched Nd:YAG/Cr4+:YAG composite laser with multiple-beam output,” Photonics Research 4(6), 267-271 (2016).
2. O. V. Grigore, G. Croitoru, T. Dascalu, N. Pavel, “Diode-laser edge-pumped Nd:YAG/YAG lens-shaped composite laser,” Opt. & Laser Techn. 94, 86-89 (2017).
Prezentari la conferinte:
1. T. Dascalu, G. Croitoru, O. V. Grigore, and N. Pavel, “Multiple-Beam Output High-Peak Power Nd:YAG/Cr4+:YAG Laser for Laser Ignition,” International Conference on Space Optics, ICSO 2016, 18-21 Oct. 2016, Biarritz, France (presentation 254, poster presentation).
2. O. V. Grigore, G. Croitoru, T. Dascalu, M. Dinca, N. Pavel, “Edge-pumped Nd:YAG/YAG lens-shaped composite laser,” 7th EPS-QEOD EUROPHOTON CONFERENCE, Solid State, Fibre, and Waveguide Coherent Light Sources, 21-26 August, 2016, Vienna, Austria, presentation PO-2.1 (poster presentation).
O propunere de proiect:
– Program: P4 Cercetare Fundamentală şi de Frontieră, Proiecte de Cercetare Exploratorie; 30 iunie 2016; Director de proiect: PAVEL Nicolaie

Faza nr. 14
Responsabil: Dr. T. CRĂCIUNESCU
Termen de predare: 9.12.2016
Title: „Evaluarea eficienţei controlului instabilităţilor prin analiza corelaţiei şi sincronizării între serii temporale caracteristice plasmei de fuziune”
Abstract: Instabilităţile de tip ELM (edge-localized method) afectează în mod constant plasma de fuziune în modul H determinând o deteriorare a barierei de transport. ELM-urile sunt considerate a fi o sursă majoră de risc pentru primul perete al tokamak-ului asupra căruia induc o încărcare termică semnificativă însoţită de eroziunea materialelor din zona divertorului. Au fost dezvoltate în timp diferite metode de control al acestor instabilităţi, majoritatea bazându-se pe utilizarea unor agenţi pertubatori externi. Una din principalele probleme în analiza eficienţei sincronizării dintre acţiunea factorului de control şi perturbaţia ELM este dată de faptul că ELM-urile sunt fenomene cuasi-periodice şi deci, după acţiunea unei pertubaţii pulsate, după un timp suficient de lung, un alt ELM va apărea oricum. Pentru determinarea eficacităţii factorului de control este necesară determinarea intervalului de timp în care acest factor are o influenţă cauzală asupra instabilităţilor. Cum succesiunea de evenimente ELM şi cea a factorului de control pot fi privite ca două serii temporale, a fost dezvoltată o metodă care exploatează proprietăţile diagramelor de recurenţă conjugate şi bazate pe analiza recurenţei sistemelor dinamice. Rezultatele obţinute pe date experimentale arată că metoda oferă rezultate superioare celor furnizate de metodele euristice din literatură. Rezoluţia temporală a metodei permite utilizarea ei în diferite faze ale descărcării. Metoda poate fi utilizată pentru determinarea eficienţei de acţiune a factorului de control în condiţii experimentale reale.

Faza nr. 15
Responsabil: Dr. G. SOCOL
Termen de predare: 9.12.2016
Title: „Dezvoltarea unui montaj experimental şi de protocoale pentru detecția urmelor de gaze”
Abstract: În cadrul acestei faze am proiectat şi construit o instalație de testare a senzorilor de gaze care funcționează pe principiul variației rezistivității electrice a mediului de detecție. Este important de menționat că sistemul poate fi adaptat şi pentru testarea senzorilor de gaze ce funcționează pe alte principii de detecție dacă sistemul de măsurare este înlocuit (ex. de tip SAW). Sistemul permite testarea unor medii sensibile la gaze de tipul filmelor subțiri dar şi al materialelor sub formă de pulberi presate, cristale, membrane, etc. Astfel, sistemul proiectat poate furniza o gama larga de amestecuri de gaze sub forma de gaze pure sau premixate. Pentru experimente, s-au achiziționat mai multe tipuri de gaze pure sau premixate precum N₂ şi aer sintetic de mare puritate (6.0) pentru diluții şi gaze ce urmează a fi diluate ca NO₂, NH₃, CO, CO₂, etilena, CH₄. Am definit un protocol complet de testare a gazelor prin care se pot pune în evidență performanțele oricărui senzor care funcționează pe acest principiu de detecție. Sistemul este controlat cu ajutorul unui software ce efectuează toate calculele necesare pentru a genera amestecul de gaze ales.

Faza nr. 16
Responsabil: Dr. D. MIU
Termen de predare: 9.12.2016
Title: „Producerea prin ablație laser în lichid şi caracterizarea nanoparticulelor de SnO₂ pentru senzori şi celule fotosolare”
Abstract: Pentru producerea nanoparticulelor de SnO₂, ținta a fost ablată în mediu lichid cu pulsuri laser cu durata de 8 ps, cu lungimile de undă de 1064, respectiv 355 nm. Fasciculul laser a fost focalizat și deplasat pe suprafața ţintei cu ajutorul unui scaner galvanometric, cu o viteză constantă de 2000 mm/s. În toate experimentele, suprafața ablată a ţintei a fost situată la 3 mm sub nivelul lichidului. Nanoparticulele produse au fost analizate prin spectroscopie FTIR, difractometrie XRD şi microscopie TEM.
Mostrele pentru FTIR şi XRD au fost preparate prin decantarea coloidului, urmată de precipitare prin centrifugare cu 15000 rpm timp de 2 minute. Spectroscopia FTIR şi difractometria cu raze X au confirmat prezenţa SnO₂ cristalin, faza dominantă fiind SnO₂ – cassiterite. Dimensiunea medie a cristalitelor estimată cu ajutorul formulei Scherrer se situează între 45 şi 52 nm.
Pentru microscopia TEM s-au folosit coloid nedecantat, fără nici o preparare specială. Imaginile TEM arată că majoritatea nanoparticulelor au dimensiuni sub 10 nm. Dimensiunea medie a particulelor a fost evaluată prin analiza fractală a imaginilor de microscopie electronică TEM, dimensiunea medie maximă fiind de 17 nm, iar cea minimă de 7 nm.

Faza nr. 17
Responsabil: Dr. F. SPINEANU
Termen de predare: 9.12.2016
Title: „Analiza eficienţei metodelor de studiu al transportului razelor cosmice în câmpuri magnetice stohastice şi determinarea regimurilor de transport”
Abstract: Scopul acestor cercetări din cadrul tematicii OG3 este determinarea regimurilor de transport al razelor cosmice în condiţiile specifice vântului solar şi ale coroanei solare. Rezultatele sunt esenţiale pentru evaluarea fluxului de particule rapide în atmosferă. Etapa actuală are ca obiective analiza metodelor teoretice, extinderea lor încât să permită abordarea proceselor neliniare complexe ce fac obiectul următoarelor etape şi de dezvoltarea codurilor numerice necesare. Am comparat rezultatele metodei traiectoriilor de decorelare (MTD), ale aproximaţiei Corrsin (C) şi ale unei metode Corrsin-îmbunătăţite (C-i) dezvoltată în acest proiect. Au fost analizate procesele neliniare în cadrul mişcării de drift (energii relativ mici) şi în condiţiile aproximaţiei giro-cinetice în cadrul unor modele de transport stohastic bidimensionale (2d) şi tridimensionale (3d). Au fost elaborate cinci coduri pentru determinarea coeficienţilor de difuzie. Principalele concluzii sunt:

• În cazul câmpurilor de viteze 2d şi 3d cu componente statistic independente, cele trei motode (C, C-i şi MTD) dau rezultate similare. Procesul de transport este Gaussian iar efectele neliniare sunt slabe.
• În cazul câmpurilor de viteze 2d cu divergenţă nulă (incompresibile) este posibil să apară diferenţe mari între rezultatele celor trei metode. Acestea corespund condiţiilor în care traiectoriile sunt tranzitoriu capturate. Procesul de transport este ne-Gaussian şi coeficienţii de transport sunt anomali (au dependenţe de parametrii vitezei stohastice complet diferite de cele din transportul Gaussian). MTD conduce la rezultate compatibile cu cele ale simulărilor numerice, în timp ce C şi C-i nu sunt adecvate studiului proceselor puternic neliniare.

Rezultatele sunt incluse în două articole ISI din zona roşie a clasificării ANCSI (unul este în curs de evaluare şi altul acceptat).

Faza nr. 18
Responsabil: Dr. B. MITU/ Dr. V. SĂTULU
Termen de predare: 9.12.2016
Title: „Sinteza în plasmă a structurilor planare cu alternanţă de proprietăţi; evaluarea morfologiei şi structurii chimice”
Abstract: În cadrul fazei nr. 18 a proiectului au fost sintetizate straturi bicomponente de tip Si/a-C:H/PTFE şi Si/PTFE/a-C:H prin alternanţa de procese tip pulverizare magnetron şi depunere chimică din fază de vapori asistată de plasmă (PVD/PECVD), în scopul identificării influenţei ordinii de depunere a straturilor asupra proprietăţilor structurilor bicomponente. Au fost investigate proprietăţile morfologice şi compoziţionale ale structurilor bicomponente în funcţie de puterea RF aplicată pe cele două surse de plasmă, în condiţiile alegerii unor timpi de depunere care să conducă la grosimi identice ale celor două straturi, precum şi de secvenţele temporale asociate sintezei fiecărui strat în vederea obţinerii de grosimi variabile ale structurilor. Au fost de asemenea sintetizate structuri multicomponente cu grosimi extrem de reduse (10 nm/strat) şi am demonstrat decelarea straturilor componente în cazul introducerii de filme intermediare de Au. Acest fapt evidenţiază gradul ridicat de uniformitate şi reproductibilitate al sistemului hibrid de depunere PVD/PECVD.

Etapa 1 – P4 2017

Faza nr. 19

Responsabil: Dr. V. CRĂCIUN

Termen de predare: 14.04.2017

Title: „Investigaţii privind efectul radiaţiilor asupra structurii compuşilor ceramici”

Rezumat: Reactoarele nucleare au nenumărate avantaje producând energie ieftină independent de condiţiile climatice. Cea mai mare problemă, implicând şi costuri importante, este cea a stocării în condiţii de securitate pentru durate de ordinul sutelor şi miilor de ani a deşeurilor radioactive produse. În institutul nostru au fost demarate cercetări pentru studierea efectelor radiaţiei asupra structurii, compoziţiei chimice şi a proprietăţilor materialelor supuse iradierii.
Folosind tehnica ablaţiei laser pulsate (PLD), am depus filme subţiri din ceramici, care au fost apoi iradiate folosind radiaţie gama (sursa Co 60 de la IFIN-HH), fascicule de ioni (Ar sau Au), electroni, raze X şi radiaţie UV. Principalul avantaj al tehnicii PLD este depunerea de filme subţiri extrem de netede, cu rugozităţi superficiale de ordinul a 1 nm. Studii de reflectivitate a radiaţiei X difuze sau speculare pot fi efectuate cu mare acurateţe pe aceste filme, extinzând tehnicile de investigaţie utilizate. De asemenea, studiile de difracţie a radiaţiei X la incidenţă razantă pot fi efectuate cu o rezoluţie în adâncime de ordinul a 10 nm, analizând astfel doar volumul de film afectat de către radiaţie şi excluzând zona neafectată.

Faza nr. 20

Responsabil: Dr. M. ZAMFIRESCU

Termen de predare: 14.04.2017

Title: „Microstructuri 3D obținute prin fotopolimerizare de doi fotoni pentru calibrarea tomografelor de raze X”

Rezumat: Obiectivul fazei de contract a fost fabricarea de microstructuri 2D şi 3D prin fotopolimerizare de doi fotoni pentru calibrarea tomografelor de raze X. În această etapă de cercetare am dezvoltat structuri 3D ca măști pentru calibrarea tomografelor de raze X. Tehnica propusă pentru fabricarea structurilor de tip mire 3D de calibrare este bazată pe o metodă de fabricare aditivă de tip litografie laser 3D cu rezoluție submicrometrică. Au fost realizate pentru prima dată structuri 3D proiectate pentru a fi folosite ca teste de calibrare și verificare a rezoluției tomografelor de raxe X. Structurile au fost fabricate în material fotorezist IP-L și apoi metalizate. S-a optimizat timpul de procesare laser a structurilor pentru creșterea randamentului de fabricare. Structurile fabricate au detalii minime proiectate de 2 µm Fezabilitatea utilizării acestor paternuri 3D a fost validată de măsurările cu instalația µXCT.

Faza nr. 21

Responsabil: Dr. A. PALLA

Termen de predare: 15.06.2017

Title: „Scriere directă cu laserul de heterostructuri de materiale 1- şi 2-dimensionale pentru aplicaţii în electronica flexibilă”

Rezumat: 1. Investigarea aspectelor fundamentale ale procesului de scriere directă cu laserul (transfer laser indus înainte-LIFT) a materialelor (şi heterostructurilor) 1- şi 2-dimensionale. Studiul rolului diferiţilor parameteri laser (fluenţa laser, grosimea stratului de transfer, etc.) asupra proprietăţilor morfologice, structurale şi chimice ale materialelor 1 şi 2D.
2. Investigarea aspectelor tehnologice directe ale tehnicii LIFT: stabilirea condiţiilor experimentale specifice în care tehnica de imprimare directă cu laserul poate fi aplicată pentru transferul de materiale (şi heterostructuri) 1 şi 2 dimensionale (de exemplu nanotuburi de carbon, nanotuburi de carbon decorate cu nanoparticule de oxid de staniu, MoSe2, GaSe) în diferite arhitecturi cu scopul de a fabrica dispozitive electronice (de exemplu senzori).

Faza nr. 22

Responsabil: Dr. A. ROTARU

Termen de predare: 15.06.2017

Title: „Obţinerea filmelor subţiri de complecşi de coordinaţie heterobimetalici de Zn(II)/Ni(II) şi Ln (III) cu derivaţi ai ovanilinei şi 2,2-dimetil-propilendiaminei prin tehnica MAPLE”

Rezumat: Scopul principal al acestei faze a proiectului a fost de a obţine materiale fotoluminiscente funcţionale – sub formă de filme subţiri – ale unor complecşi de coordinaţie heterobimetalici de Zn(II)/Ni(II) şi Ln (III) cu derivaţi ai o-vanilinei sau cu derivaţi ai propilendiaminei. Pentru procesarea filmelor subţiri a fost aleasă tehnica MAPLE (Matrix-Assisted Pulsed Laser Evaporation), care conduce la obţinerea unor suprafeţe bine acoperite, uniforme şi cu grad ridicat de aderenţă pe substrat. Compuşii de coordinaţie folosiţi/studiaţi sunt de tipul Zn(II)-Ln(III) cu liganzii: Valpn (1,3-propanedilbis(2-iminometilen-6-metoxi-fenol), denumit în continuare L1) şi respectiv Valdmpn (2,2dimetil-1,3-propanedilbis(2-iminometilen-6-metoxi-fenol), denumit în continuare L2), unde Ln reprezintă lantanidele: La, Sm, Dy, Tb, Eu, Er, Gd, Y, Yb, etc. Aceste materiale complexe care conţin lantanide în molecula lor au tendinţa de a prezenta proprietăţi luminiscente, iar unii dintre aceşti compuşi se comportă ca micro-antene în raport cu acumulările de energie ce corespund mai multor lungimi de undă de excitare (de exemplu, emisia de lungimi de undă scurte prin transferul energetic dintre stările de singlet sau triplet ale liganzilor către stările excitate ale lantanidelor); caracterizarea fizico-chimică a acestor filme subţiri, precum şi determinarea proprietăţilor fotoluminiscente ale acestora, au reprezentat priorităţi în cadrul studiului. Filmele obţinute pe Sticlă şi Siliciu au compoziţia chimică a pulberilor iniţiale, suprafeţele fiind diferite de la un substrat la celălalt, dar posedând morfologie asemănătoare independent de materialul chimic iniţial. Proprietăţile optice ale acestora indică indici de refracţie caracteristici unor astfel de materiale, iar grosimile filmelor sunt de aproximativ 200 nm. Caracteristicile fizico-chimice ale acestor filme permit folosirea lor ca materiale fotoluminiscente, spectroscopia de emisie cu un foton indicând o formă a spectrului de emisie asemănătoare pentru bulk şi film subţire (structura materialului bulk fotoluminiscent nu suferă schimbări majore după depunerea MAPLE).

Faza nr. 23

Responsabil: Dr. E. GRIGORE

Termen de predare: 14.07.2017

Title: „Cercetări experimetale privind sudarea laser a materialelor metalice”

Rezumat: În cadrul acestei etape au fost întreprinse cercetări privind stabilirea parametrilor optimi de procesare laser (sudare) a materialelor metalice. Datorită potenţialului aplicativ ridicat în sectoare de nişă ale economiei, a fost selectat ca material principal de studiu titanul. Cercetările efectuate s-au focalizat pe determinarea şi optimizarea parametrilor de sudare precum şi în investigarea structurii sudurilor. Analiza sudurilor s-a făcut prin investigaţii optice precum şi prin utilizarea radiografiei de raze X. Radiografia de raze X a evidenţiat existenţa unor pori în interiorul cordoanelor de sudură, pori a căror distribuţie şi dimensiune depind de parametrii de procesare. Astfel, a fost identificat un domeniu optim al parametrilor de procesare care să conducă la suduri conforme. Aceste cercetări reprezintă punctul de plecare în elaborarea tehnologiilor de sudare a unor materiale metalice şi implicit de realizare a unor componente destinate beneficiarilor din industrie.

Etapa 2 – P4 2017

Faza nr. 24

Responsabil: Dr. G. Miron

Termen de predare: 15.11.2017

Title: „Influenţa dispozitivelor externe coloanei de plasmă asupra perturbaţiilor de forfecare din plasmele tokamak”

Rezumat: A fost construit un model teoretic pe baza căruia se poate trasa evoluţia perturbaţiilor neoclasice de forfecare (NTM) pentru varii situaţii în care dispunerea şi forma structurilor externe coloanei de plasmă sunt schimbate. S-a constatat că nu există valori optime pentru care perturbaţia NTM e favorizată decât cea privind dispunerea în plan poloidal a spirelor tip B. Cât priveşte dispunerea radială a peretelui şi a spirelor sau deschiderea poloidală şi toroidală a acestora, dependenţa e monotonă, într-un sens sau celalălt. Prin urmare, în cazul parametrilor din urmă alegerea acestora e clară, ea fiind limitată de influenţa lor asupra altor tipuri perturbaţii din plasmă.

Faza nr. 25

Responsabil: Dr. N. Scărişoreanu

Termen de predare: 15.11.2017

Title: „Obţinerea de dispozitive test fotocatalitice şi fotovoltaice pe baza straturilor subţiri de materiale perovskitice compozite (MAPbX₃, P₃HT:PCBM/La, Y-BiFeO₃) cu bandă interzisă mică depuse prin MAPLE”

Rezumat: În cadrul acestei faze au fost obţinute heterostructuri de test bazate pe materiale perovskitice inorganice şi compozite pentru producerea de energie din surse regenerabile. Astfel, s-au obţinut straturi subţiri de perovskit hibrid CH₃NH₃PbI₃, straturi subţiri de materiale perovskitice inorganice (Y, La-BiFeO₃ si La-PbZrTiO₃) cu o valoare a benzii interzisă mică, precum şi heterostructuri inorganic-organic prin tehnica evaporării laser pulsate asistată de o matrice (MAPLE).

Faza nr. 26

Responsabil: Dr. V. Damian

Termen de predare: 15.11.2017

Title: „Realizarea unui sistem imagistic hiperspectral experimental folosind un sistem dispersiv interferometric”

Rezumat: Obiectivul principal al proiectului va consta în creşterea recunoaşterii naţionale şi internaţionale a capabilităţii Institutului pentru inovare şi transfer tehnologic prin extinderea activităţilor CDI existente şi abordarea de tematici noi în următoarele domenii de specializare inteligentă:
OG1. Materiale şi tehnologii pentru dezvoltarea de forme de energie noi și regenerabile;
OG2. Materiale și tehnologii pentru sănătate, mediu şi bioeconomie;
OG3. Tehnologia informaţiei şi a comunicaţiilor, spaţiu și securitate;
OG4. Tehnologii noi şi emergente şi Materiale avansate.
Etapa actuală are ca obiectiv realizarea unui sistem imagistic hiperspectral utilizând ca sistem de analiză spectrală un interferometru. Aşa cum arătam, sistemele imagistice hiperspectrale înregistrează o imagine 3D – unde în 2D avem imaginea spaţială fizică a subiectului, la care se mai adugă o dimensiune 1D spectrală a fiecărui pixel, pe domeniul şi cu rezoluţia definite de instrumentul spectral. Din acest cub se pot extrage informaţii atât legate de imaginea color integrală a subiectului cât şi de imagini pe fiecare lungime de undă/benzi spectrale ale acestuia.
Au fost abordate trei astfel de experimente: unul utilizând un interferometru Mach-Zehnder, unul dezvoltând un sistem bazat pe un interfrometru de tip Michelson dar lucrând în polarizare (interferometru de polarizare) şi un montaj în care utilizând un sistem interferometric de polarizare comercial am utilizat tehnica Hadamard pentru realizarea imaginii subiectului.

Faza nr. 27

Responsabil: Dr. A. Scărişoreanu

Termen de predare: 15.11.2017

Title: „Cercetarea efectelor radiaţiilor ionizante asupra compuşilor chirali şi selecţionarea categoriei de produse medicale în care se găsesc componenti cu activitate chirală”

Rezumat: Compuşii chirali din produsele medicale sunt substanţe naturale, şi în principiu se aşteaptă să fie optic pure. De aceea detecţia prezenţei unui enantiomer opus poate fi semnificativă pentru evaluarea siguranței acestor produse. Componentele chirale pot racemiza, ca o consecinţă a proceselor tehnologice, cum ar fi încălzirea excesivă, iradierea etc. Astfel, evaluarea purităţii optice a componentelor chirale din produsele cu aplicații medicale a devenit un subiect important de cercetare în timpul ultimilor ani.
Scopul urmărit, respectiv studierea şi aprofundarea mecanismelor de interacţie între radiaţiile ionizante şi compuşi cu activitate chirală din diverse produse cu aplicații medicale (hidrogeluri), este justificat prin aceea că, în prezent din ce în ce mai mulţi producători de astfel de produse, atât de pe piaţa naţională cât şi internaţională, recurg la utilizarea radiaţiilor ionizante în scopul sterilizării materiilor prime şi a componentelor acestor produse.
S-a obținut un material tip hidrogel pe bază de colagen şi polivinipirolidona (PVP), polimeri biodegradabili şi biocompatibili şi care prezintă activitate chirală (au în molecula lor un atom de carbon asimetric). Sinteza şi caracterizarea fizico-chimică a hidrogelului va fi continuată şi prin investigarea activității optice după expunerea la radiații ionizante.
Acest studiu oferă noi informaţii în domeniul securităţii produselor medicale de tip hidrogel şi stabilirea impactului proceselor de sinteză/decontaminare/sterilizare asupra unor componente medicale şi farmaceutice care prezintă şi activitate chirală, şi care sunt tratate cu radiaţii ionizante şi stabileste mecanismele de acţiune a radiațiilor ionizante asupra compuşilor cu activitate chirală din produsul investigat.

Faza nr. 28

Responsabil: Dr. M. Măgureanu

Termen de predare: 20.12.2017

Title: „Studiul plasmei netermice pentru aplicaţii în agricultură”

Rezumat: A fost investigată influenţa tratamentului cu plasmă netermică generată la presiunea atmosferică asupra cerealelor (grâu, orz, etc.) şi a seminţelor de legume (ridichii, linte, etc), în vederea stimulării germinării acestora şi creşterii plantelor. Au fost studiate mai multe tipuri de descărcări electrice: o descărcare de suprafaţă şi descărcări cu barieră dielectrică în geometrie plan-paralelă şi geometrie coaxială. Caracteristicile electrice sunt tipice pentru descărcări de tip filamentar. S-au făcut măsurări de tensiune, curent de descărcare, sarcină electrică totală şi putere medie disipată în descărcare şi s-a studiat influenţa acestora asupra seminţelor în diverse condiţii experimentale. Au fost determinaţi parametrii de creştere a plantelor în stadii incipiente: lungimile rădăcinilor şi ale tulpinilor şi masa acestora, precum şi rata de germinare. S-a constatat în general o uşoară îmbunătăţire a ratei de germinare şi o creştere considerabilă a vitezei de germinare a seminţelor expuse la plasmă, comparativ cu cele netratate. De asemenea, rădăcinile şi tulpinile plantelor provenite din seminţe tratate cu plasmă sunt semnificativ mai lungi faţă de cele martor. Timpul de tratare este un parametru esenţial în optimizarea procesului, în sensul că o expunere prea îndelungată la plasmă poate avea efect defavorabil asupra dezvoltării plantelor, iar timpul de tratare optim depinde de tipul seminţelor şi de condiţiile de tratare (caracteristicile descărcării).

Faza nr. 29

Responsabil: Dr. V. Paiş

Termen de predare: 20.12.2017

Title: „Dezvoltarea unui Portal web pentru acces la date în vederea dezvoltării aplicaţiilor laserilor şi plasmei în domenii emergente (sănătate, mediu şi securitate)”

Rezumat: A fost dezvoltat un Portal web pentru stocarea şi accesarea datelor relevante dezvoltării aplicaţiilor laserilor şi plasmei în domenii emergente (sănătate, mediu şi securitate). Acest portal a utilizat o serie de tehnologii inovatoare în stocarea datelor (utilizarea unei baze de date de tip noSQL) precum şi în reprezentarea vizuală a acestora (reprezentarea de tip “word cloud”, realizarea de legături automate prin intermediul metadatelor). Problemele specifice dezvoltării aplicaţiilor laserilor şi plasmei în domenii emergente (sănătate, mediu şi securitate), datele produse, atât experimental cât şi prin simulare, se prezintă sub formă de fişiere, text sau binare. Pentru utilizare ulterioară a fost necesară dezvoltarea unor mecanisme de regăsire a datelor de interes realizată atât la nivel de fişier cât şi la nivel de “bloc de date”. Acestea sunt cunoscute în literatura de specialitate sub denumirea de “metadate” şi ajută la înţelegerea datelor, atât în cadrul proceselor de prelucrare automată cât şi prin parcurgerea lor de către utilizatorul uman. Portalul web destinat accesării datelor specifice aplicaţiilor laserilor şi plasmei în domenii emergente, conţine următoarele elemente: baza de date (date propriu-zise, metadate) şi interfaţa web (componenta publică, componenta privată). Accesul la date este realizat utilizând MDSPlus. În cadrul proiectului s-a dezvoltat un nou mecanism de stocare şi acces la date denumit Universal Access Layer (UAL). Acesta extinde conceptele MDSPlus, introducând posibilitea stocării de metadate sub formă de “Consistent Physical Object” (CPO). Sistemul de gestiune al bazelor de date ales a fost MongoDB.

Faza nr. 30

Responsabil: Dr. G. Socol

Termen de predare: 20.12.2017

Title: „Sinteza de medii sensibile în prezenţa unor gaze specifice”

Rezumat: În cadrul acestei etape de proiect s-a realizat sinteza unor medii sensibile la monoxidul de carbon (CO) folosind tehnica de depunere laser-pulsată. Astfel, au fost depuse pe substraturi de sticlă filme subţiri de SnO₂ în amestec cu ZnO, în proporţii variate (rapoarte masice de 1:1, 1:3, respectiv 3:1), în atmosferă reactivă de oxigen, la presiuni variate (10Pa, 30Pa, respectiv 50Pa). De asemenea, pe parcursul depunerii, substraturile au fost menţinute la temperatura camerei sau încălzite la 450C. Post-depunere s-au efectuat atât un tratament termic de stabilizare a structurii filmului oxidic, cât şi depunerea unor electrozi interdigitati de platină.
Structurile de senzori conductometrici astfel obţinute au fost supuse testelor de detecţie de CO în atmosferă controlată de azot. Testele au fost efectuate la temperaturi variate- între 200C şi 400C (gama de temperaturi tipice de operare ale unui senzor conductometric)- şi pentru diverse concentraţii de CO (100ppm, 10ppm, respectiv 1ppm).
Atât înainte cât şi ulterior testelor de sensing, filmele de oxizi au fost supuse unor investigaţii fizico-chimice (microscopie electronică de baleiaj, spectroscopie de raze X pentru dispersia energiei, microscopie de forţă atomică, difracţie de raze X) cu scopul de a caracteriza suprafeţele atât după tratamentul termic post-depunere cât şi după efectuarea testelor de sensing în vederea observării eventualelor schimbări morfologice şi/sau chimice apărute în timpul exploatării senzorului. Totodată, am urmărit optimizarea atât din punct de vedere chimic, cât şi structural a senzorilor conductometrici, în vederea îmbunătăţirii stabilităţii lor, a sensibilităţii şi implicit, a capabilităţii de detecţie a concentraţiilor mici de CO. Astfel, folosind aceste structuri depuse în laboratorul nostru, s-au detectat cu succes concentraţii de 1ppm de CO.

Faza nr. 31

Responsabil: Dr. I. Tiseanu

Termen de predare: 20.12.2017

Title: „Elaborarea şi validarea unui concept tehnic de platforma imagistică multimodală (CT, XRF, XEOL THz) pentru probe biologice”

Rezumat: În această etapă s-a elaborat şi testat un nou concept tehnic de platformă de imagistică şi iradiere pentru probe biologice şi/sau modele de animale de laborator.
Echipamentul prezentat este dedicat analizei prin tomografie de raze X având la bază noi tehnici de tomografiere ce permit analiza obiectelor atât prin rotaţia acestora cât şi prin menţinerea lor fixă pe parcursul achiziţiei de date.
Validarea echipamentelor a constat în realizarea unor măsurări dozimetrice în fascicul pentru controlul dozei livrate pe probă pe parcursul unei expuneri/scanări precum şi în testarea proprietăţilor de îmbunătăţire a contrastului radiologic a unor soluţii pe bază de nanoparticule de aur. Astfel s-au pus în evidenţă condiţiile de obţinere a unui contrast optim prin varierea parametrilor de funcţionare a sursei de raze X şi a concentraţiei de nanopaticule. Întrucât aceste echipamente au fost realizate pentru iradierea şi analiza probelor biologice, soluţiile de nanoparticule evaluate au fost analizate atât direct (în stare brută) cât şi în structuri complexe (fantome) care simulează modele de animale de laborator.
O nouă tehnică de scanare imagistică prin micro-fluorescenţă de raze X a fost implementată în cadrul platformei de imagistică şi iradiere, prin intermediul căreia s-a arătat nivelul crescut de sensitivitate a metodei la variaţii mici de concentraţie a nanoparticulelor de aur.
Pentru analiza probelor cu proprietăţi de luminiscenţă indusă s-a dezvoltat un sistem de excitare cu raze X care să permită măsurarea spectrelor de luminescenţă în timpul scanării tomografice sau prin fluorescenţă. Acest sistem a fost de asemenea testat atât pe pulberi excitate direct cât şi pe pulberi înglobate în probe test (fantome).
Prin testarea şi validarea performanţelor platformei de iradiere şi a tehnicilor de imagistică multimodală elaborate de grupul de micro-tomografie din INFLPR, s-a atins obiectivul principal al fazei.

Faza nr. 32

Responsabil: Dr. S. Amarandei

Termen de predare: 20.12.2017

Title: „Investigarea propagării unor fascicule structurate prin turbulenţă atmosferică”

Rezumat: Am investigat propagarea de fascicule nedifractante aleatoare prin turbulenţa indusă termic folosind un montaj experimental bazat pe un modulator spaţial de fază a luminii. Am arătat că, în interiorul zonei de propagare nedifractantă, deşi forma ciorchinilor de speckle-uri înşiruite din profilul transversal se modifică, mărimea medie a speckle-ului rămâne aproximativ constantă după trecerea prin turbulenţă. O posibilă explicaţie a acestei imunităţi la turbulenţă este sugerată de valoarea mică (de ordinul micronilor) a lungimii de coerenţă a fasciculelor, care face ca aceasta să fie substanţial mai mică decât lungimea caracteristică a fluctuaţiilor indicelui de refracţie al turbulenţei.

Faza nr. 33

Responsabil: Dr. B. Mitu/ Dr. V. Sătulu

Termen de predare: 20.12.2017

Title: „Studiul procesului de depunere a structurilor planare cu alternanţă compoziţională şi a influenţei parametrilor de proces asupra proprietăţilor acestora”

Rezumat: Obiectivele acestei faze au constat în studiul comportamentului speciilor emisive din plasmă care asistă procesul de depunere a structurilor alternante, respectiv caracterizarea compoziţiei elementale şi a legăturilor chimice aferente fiecăruia dintre straturile componente ale structurilor alternante, în funcţie de parametrii experimentali de sinteză.
Rezultatele relevă prezenţa speciilor emisive cu conţinut de hidrogen (radical CH şi linia Ha) ce asistă procesul de depunere a carbonului hidrogenat, respectiv modul în care liniile de ArI pot fi utilizate pentru monitorizarea procesului PVD al materialului fluorurat. Măsurările compoziţionale au permis evaluarea legăturilor chimice din filmele componente ale structurilor, a dependenţei acestora de puterea RF aplicată, care demonstrează că în cazul valorilor de putere reduse, gradul de disociere a precursorilor este mai scăzut şi conţinutul de hidrogen, respectiv fluor, este mai mare. De asemenea, a fost elaborată o metodă de monitorizare a procesului de depunere a structurilor cu alternanţă compoziţională pe baza emisiei optice a speciilor excitate care permite obţinerea unor materiale cu compoziţie controlată şi periodică în adâncime.

Faza nr. 34

Responsabil: Dr. M. Scărisoreanu

Termen de predare: 20.12.2017

Title: „Sinteze şi depuneri de nanostructuri obţinute prin tehnici laser, pentru aplicaţii ca biosenzori sau acoperiri antimicrobiene”

Rezumat: Particule cu miez pe bază de fier şi acoperit cu strat de ZnO de dimensiuni nanometrice au fost obţinute prin piroliză indusă cu laserul din vapori de dietilzinc (ca donor de Zn) şi pentacarbonil de fier (ca precursor de miez de fier), oxigen (ca oxidant) – dar în cantităţi reduse, strict controlate – şi etilenă (ca sensibilizator). Prezenţa fazelor de ZnO ca şi a celor pe bază de fier (carburi, oxizi) a fost dovedită prin tehnici de XRD şi SAED, iar compoziţia evaluată prin EDS şi XPS. Morfologia miez-coajă a acestor nanocompozite a fost certificată prin imagistică TEM, iar proprietăţile magnetice evaluate prin curbele de magnetizare. Nanopulberea optimizată a fost dispersată în mediu apos în prezenţă de L-dopa şi a dovedit efect de distrugere a celulelor tumorale, neafectând pe cele sănătoase în studii in-vitro. Pulberile din setul Fe@ZnO şi din alt set (sintetizat tot prin piroliză laser) de tip titania nanometrixca notat TiOx au fost dispersate (40 g/l) în etanol absolut şi sonicate în baia de ultrasunete, Cu o micropipetare s-au extras din dispersie 100 µl ce s-au depus pe suporturi de sticlă optică (10×10 mm²) sau plăcuţe de Si (100) având contacte electrice distanţate la 200µm prin pipetarea volumului selectat în timp ce proba se roteşte la 2000 rot/min. Filmele submicronice rezultate au fost omogene şi transparente în vizibil (măsurate pe cele depuse pe suporturile de sticlă prin UV-Viz). Filmele depuse pe suporţi de Si având contacte de Au indică că nanoparticulele de tip Fe@ZnO4 au o rezistenţă cuprinsă între 350 Ω şi 20 KΩ, iar tendinţa este aceea că filmele cresc în conductivitate cu diminuarea concentraţiei de Zn. Filmul nanostructurat pe bază de TiO₂NP prezintă o rezistenţă de peste 20 MΩ comportându-se ca un dielectric. Nanoparticule pe bază de TiO₂ au fost înglobate în matrice de hidrogel din acid poliacrilic reticulat, dovedind proprietăţi de inhibare a dezvoltării coloniilor de bacterii patogene din specia Staphylococcus Aureus, spre deosebire de gelul martor de poliacrilat de sodiu-polivinilpirolidona.

Faza nr. 35

Responsabil: Dr. D. Miu

Termen de predare: 20.12.2017

Title: „Depunerea şi caracterizarea filmelor de SnO₂ pentru senzori şi celule fotosolare”

Rezumat: Obiectivul etapei a fost realizarea filmelor de SnO₂ depuse prin metoda ablaţiei laser folosind laser de picosecunde, în atmosferă controlată, cu aplicaţii în celule solare cu colorant şi senzori. SnO₂ s-a dovedit a fi un bun candidat pentru acest tip de celule deoarece are mobilitate de două ori mai mare a electronilor comparativ cu TiO₂. Folosirea laserului cu picosecunde, s-a dovedit a fi foarte eficientă în depunerea filmelor care să îndeplinească cerinţele unui fotoelectrod într-o celulă solară şi a unui film sensibil în cazul senzorilor cu unde acustice. Aceste filme trebuie să aibă o porozitate crescută pentru a absorbi colorantul în cazul celulelor şi a facilita ad şi absorbţia moleculelor gazului de către filmul sensibil în cazul senzorilor. De asemenea, filmul trebuie sa fie format din particule cât mai mici şi uniforme ca să nu influenţeze raportul semnal/zgomot.
Pentru depunerea filmelor s-a folosit un laser Nd:YVO₄ cu durata pulsului de picosecunde (355 nm/ 50 kHz, 0.25 W) direcţionat către o ţintă metalică de staniu. S-a lucrat la următoarele presiuni de oxigen 150, 300, 450 si 900 mTorr. Filmele au fost depuse pe FTO la RT şi tratate în atmosferă de oxigen la 350-650 ⁰C. S-au investigat filmele din punct de vedere al structurii, compoziţiei, morfologiei (suprafaţă şi în secţiune), grosime, porozitate şi optic. S-a studiat influenţa parametrilor experimentali de depunere asupra caracteristicilor filmelor. Din analizele de difracţie de raze X s-a obţinut că filmele au fost complet oxidate după tratament în atmosferă de oxigen la 550 ⁰C. Din punct de vedere morfologic, filmele au prezentat o porozitate crescută cu creşterea presiunii oxigenului în camera de depunere; dimensiunea particulelor a fost între 37 nm şi 480 nm. S-a observat că pe măsură ce filmele au fost tratate termic, dimensiunea particulelor a fost mai mică. În ce priveşte grosimea filmelor, după tratament filmele au fost mai subţiri. La temperatura camerei grosimea filmelor a fost între 2,03-3,42 µm; la 550 ⁰C, grosimea a fost între 1,10-1,57 µm; de asemenea s-a observat o scădere a grosimii filmului cu creşterea temperaturii. În ce priveşte porozitatea filmelor, cu creşterea presiunii oxigenului, filmele au devenit din ce în ce mai poroase. Astfel, la cea mai mică presiune a oxigenului (150 mTorr), filmul este mai puţin poros decât în cazul în care presiunea a fost de 900 mTorr când s-au format clusteri de particule. Cea mai bună transmisie a fost obţinută pentru filmele tratate la 550 ⁰C şi la presiunea de 150 mTorr.