Proiect PN 19 15 01 01/ Cercetări emergente de laseri, plasmă, radiaţii şi aplicaţiile lor în domeniile de specializare inteligentă şi de interes public

Category

About us

Research

The Name Of The Program Core:
Research and advanced technology development of a laser – plasma radiation to space

Acronim: LAPLAS VI
Contractul nr.: 16N/2019

Cercetări emergente de laseri, plasmă, radiații și aplicațiile lor în domeniile de specializare inteligentă și interes public

The code of the project: PN 19 15 01 01
In charge of the project: Dr - Felix Sima

Proiectul „Cercetări emergente de laseri plasmă, radiații și aplicațiile lor în domeniile de specializare inteligentă și interes public” este structurat pe 5 pachete de lucru identificate în cele 5 obiective specifice ale INFLPR:

O1 – Surse neconvenționale de radiații și plasmă și fizica interacției acestora cu materia;
O2 – Platforme senzoristice bazate pe metode fotonice și plasmă;
O3 – Nanostructuri și materiale avansate obținute/caracterizate prin metode laser, plasmă și radiații pentru eco-nano-tehnologii;
O4 – Metode și dipozitive cu laser, plasmă și radiații cu aplicații în farmacologie și biomedicină;
O5 – Cercetări aplicative cu laseri, plasmă și radiații pentru dezvoltarea de metode, tehnologii emergente și servicii.

Aceste obiective cuprind domeniile de cercetare din toate cele 6 departamente ale INFLPR ce se regăsesc în noua strategie de dezvoltare 2019‐2022 a Institutului care va fi implementată prin Planul multianual de dezvoltare instituțională 2019-2022. Fiecare Obiectiv specific este realizat în cadrul unor teme de cercetare care cuprind țintele propuse a fi atinse prin implementarea proiectului.

În continuare prezentăm temele specifice constituite din ținte științifice și tehnologice pe care dorim să le atingem în cadrul fiecărui Obiectiv general.

Obiectiv 1 – Surse neconvenționale de radiații și plasmă și fizica interacției acestora cu materia

Acest pachet de lucru este coordonat de centrul CETAL având ca reponsabil Şeful Departamentului, Dr. Marian Zamfirescu. Activitatea centrului se regăsește la interfața dintre principalele direcții de cercetare ale institutului: laseri‐plasmă‐radiații. La CETAL se desfășoară cercetări în domeniul laserilor ultra‐intenși (PW și TW), accelerare de particule la interacția laser‐plasmă, dezvoltare de tehnici avansate de imagistică cu raze‐X, cercetări privind nano‐, micro‐ și macro‐fabricarea prin tehnici cu laser, investigații fotonice.

Temele de cercetare

Obiectivul 1 – Surse neconvenționale de radiații și plasmă și fizica interacției acestora cu materia

Temele de cercetare prezentate în continuare sunt desfășurate în colaborare cu celelalte laboratoare din INFLPR, folosind competențe științifice și tehnice complementare ale diferitelor grupuri.

TEMA 1.1 Surse secundare de particule accelerate și radiații obținute la interacția laserilor ultra-intenși cu materia.

Electroni accelerați în jet de gaz la interacția cu fascicul laser ultra‐intens;
Generarea de raze‐X coerente pentru imagistică de raze‐X cu contrast de fază;
Caracterizarea și controlul propagării fasciculelor laser de clasă PW pentru optimizarea interacțiilor laser cu țintele în regim ultra‐intens;
Măsurări dozimetrice și evaluarea radioprotecției la acceleratoare de electroni cu energii > 5MeV; dimensionarea ecranelor de protecție;

TEMA 1.2 Surse miniaturizate de radiații și plasme

Studiul proceselor fizico‐chimice induse de iradierea cu fascicule laser de intensități și durată de puls diferite în micro‐nanostructuri dielectrice monocristaline și policristaline periodice;
Realizarea de micro‐nanostructuri de materiale electric polare și nepolare cu geometrii diverse pentru accelerarea de electroni în microcip;
Realizarea de structuri periodice prin litografie 3D pentru micro‐acceleratoare ‐ DLA;
Producere și diagnostică de fascicule de electroni micro‐colimate pentru injecție în microstructuri de accelerare cu laser;
Surse miniaturizate pentru generarea de plasme reci la presiune atmosferică și în mediu lichid.

TEMA 1.3 Medii active și surse laser

Sinteză de noi materiale pentru medii active laser;
Surse laser cu fibră optică;
Microcavități laser și rezonatori activi acordabili;
Rezonatori laser haotici sincronizați;
Caracterizarea fasciculelor laser cu emisie în domeniul THz;

TEMA 1.4 Procese fundamentale la interacția radiație-materie și în plasme

Intensificarea efectelor optice neliniare în mediile semiconductoare;
Diagnoza plasmelor prin spectroscopie optică de emisie rezolvată spațio-temporal;
Procese de excitare cu raze‐X pulsate în nanomateriale;
Modelarea teoretică a perturbațiilor în plasmă ideală și în vid;
Transport stohastic în plasme de fuziune și astrofizice;

Obiectiv 2 – Platforme senzoristice bazate pe metode fotonice și plasmă

Acest pachet de lucru este coordonat de Secția Laseri având ca reponsabil Şeful Departamentului, Dr. Gabriel Socol. Ne propunem îndeplinirea unor ținte și obiective care să reprezinte soluții experimentale inovative privind utilizarea metodelor fotonice și a celor pe bază de plasmă asupra dezvoltării de platforme senzoristice performante. Ne dorim ca metodele și tehnicile experimentale ce vor fi utilizate pentru dezvoltarea platformelor senzoristice, precum și activitățile specifice ce urmează a fi îndeplinite pe parcursul prezentului proiect, să constituie un aport semnificativ privind transpunerea metodologiilor experimentale propuse în aplicații tehnologice și industriale de actualitate privind strategiile specifice, selective și acurate de detecție.

Temele de cercetare

Obiectivul 2 – Platforme senzoristice bazate pe metode fotonice și plasmă

Acest pachet de lucru este coordonat de Secţia Laseri avand ca reponsabil Şeful Departamentului, Dr. Gabriel Socol. Ne propunem îndeplinirea unor ținte și obiective care să reprezinte soluții experimentale inovative privind utilizarea metodelor fotonice și a celor pe bază de plasmă asupra dezvoltării de platforme senzoristice performante. Ne dorim ca metodele și tehnicile experimentale ce vor fi utilizate pentru dezvoltarea platformelor senzoristice, precum și activitățile specifice ce urmează a fi îndeplinite pe parcursul prezentului proiect, să constituie un aport semnificativ privind transpunerea metodologiilor experimentale propuse în aplicații tehnologice și industriale de actualitate privind strategiile specifice, selective și acuratețe de detecție.

Temele de cercetare prezentate în continuare sunt, de asemenea, desfășurate în colaborare cu laboratoare din INFLPR, folosind competențe științifice și tehnice complementare ale diferitelor grupuri.

TEMA 2.1 Sisteme optoacustice pentru detecţia gazelor în timp real

Evaluarea calității plantelor și fructelor prin metode de detecţie optoacustice;
Procedură de corelare a stresului oxidativ faţă de diverși factori prin analiza aerului expirat;
Protocol de analiză de gaze multi‐component aplicată poluanţilor;
Metodă de detecţie a urmelor de explozivi.

TEMA 2.2 Senzori cu fibră optică pentru detecţia gazelor

Identificarea unor regimuri optime pentru efectul SPR în cazul fibrelor optice;
Realizarea unui montaj automatizat de fabricare a structurilor de senzori cu fibră optică;
Funcţionalizarea senzorilor cu fibre optice pentru aplicaţii de detecţie de gaze;
Testarea caracteristicilor senzorilor bazaţi pe fibre optice;
Stabilirea unei tehnologii de fabricare a senzorilor de gaze bazaţi pe fibre optice.

TEMA 2.3 Metode de detecţie bazate pe împrăștiere Raman a unor compuși relevanți farmaceutici

Fabricarea prin tehnici laser și cu plasmă și caracterizare de substraturi SERS reutilizabile;
Metodă de caracterizare rapidă, neinvazivă a excipienților farmaceutici;
Metodă bazată pe tehnici laser de identificare a diferențelor dintre medicamentele originale, generice și contrafăcute;
Analiza cantitativă a substanțelor active cât și a excipienților din medicamente prin excitație rezonantă și nerezonantă cu mai multe surse laser.

TEMA 2.4 Senzori cu unde acustice de suprafață pentru detecția de compuși organici volatili și a radiațiilor UV

Funcționalizarea unor medii sensibile la gaze, analiți biologici sau radiație UV bazate pe nanoparticule și filme subțiri de oxizi, polimeri și metale nobile;
Realizarea unor structuri de tip senzori SAW și biosenzori de tip Love Wave;
Determinarea parametrilor specifici senzorilor în funcţie de caracteristicile mediilor sensibile.

TEMA 2.5 Senzori chemorezistivi bazaţi pe straturi subţiri depuse prin tehnici laser

Identificarea metodei pentru creșterea reproductibilă de filme subțiri din materiale hibride organic‐anorganic și straturi nanometrice de metale de tranziție dicalcogenide cu morfologie controlată și diferite arhitecturi;
Investigații și măsurări efectuate asupra filmelor subțiri obținute, pentru determinarea proprietăților morfologice, structurale, compoziționale, optice și electrice;
Obținerea de filme subțiri din materiale hibride organic‐anorganic și straturi nanometrice de metale de tranziție dicalcogenide complet caracterizate;
Studiul comportamentului filmelor subțiri obținute la expunerea lor la compuși volatili organici;
Stabilirea aplicațiilor optime în funcție de rezultatele obținute.

Obiectiv 3 – Nanostructuri și materiale avansate obținute/caracterizate prin metode laser, plasmă și radiații pentru eco-nano-tehnologii

Acest pachet de lucru este coordonat de Laboratorul de Plasmă la Temperatură Joasă având ca reponsabil Şeful Departamentului, Dr. Bogdana Mitu. Sinteza și funcţionalizarea materialelor avansate pentru aplicaţii se încadrează în domeniile de specializare inteligentă și în cele de prioritate publică definite prin strategia naţională CDI pentru perioada 2014‐2020. În acest context, tema propune dezvoltarea, upgradarea și utilizarea unor sisteme de sinteză și procesare cu plasmă și laseri specifice la nivelul INFLPR pentru obţinerea de filme subțiri din oxizi, hidroxizi, materiale vitroase și montmoriloniţi, nanoparticule metalice sau de compuși metalici, materiale pe bază de grafenă și funcţionalizarea acestora prin adiţie de halogeni și grupări funcţionale, respectiv combinaţii ale acestora, precum și realizarea de micro și nanostructuri și materiale din clasa ceramicilor dopate cu pamânturi rare.

Temele de cercetare

Obiectivul 3 – Nanostructuri și materiale avansate obținute/caracterizate prin metode laser, plasmă și radiații pentru eco-nano-tehnologii

Acest pachet de lucru este coordonat de Laboratorul de Plasmă la Temperatură Joasă având ca reponsabil Şeful Departamentului, Dr. Bogdana Mitu. Sinteza şi funcţionalizarea materialelor avansate pentru aplicaţii se încadrează în domeniile de specializare inteligentă şi în cele de prioritate publică definite prin strategia naţională CDI pentru perioada 2014‐2020. În acest context, tema propune dezvoltarea, upgradarea şi utilizarea unor sisteme de sinteză şi procesare cu plasmă şi laseri specifice la nivelul INFLPR pentru obţinerea de filme subțiri din oxizi, hidroxizi, materiale vitroase şi montmoriloniti, nanoparticule metalice sau de compuşi metalici, materiale pe bază de grafenă şi funcţionalizarea acestora prin adiţie de halogeni şi grupări funcţionale, respectiv combinaţii ale acestora, precum și realizarea de micro şi nanostructuri şi materiale din clasa ceramicilor dopate cu pamânturi rare.

Temele de cercetare prezentate vor fi realizate în colaborare cu laboratoare din INFLPR, folosind competențe științifice și tehnice complementare ale diferitelor grupuri.

TEMA 3.1 Materiale avansate şi înalt nanostructurate obţinute prin metode cu plasmă şi laseri

Procese în plasmă pentru dezvoltarea de materiale înalt nanostructurate compozite şi aplicaţii;
Sinteza şi funcţionalizarea cu plasmă a materialelor avansate;
Nanopulberi complexe procesate cu laserul destinate dezvoltării de sinteze integrate pentru stocare/generare eficientă a energiei

TEMA 3.2 Procesare fotonică a materialelor noi pentru eco-nano-tehnologii

Metode complexe ale tehnicilor combinate cu laseri şi plasmă pentru obţinerea de materiale noi sau cu proprietăţi îmbunătăţite;
Filme subţiri lamelare pentru investigarea apelor reziduale;
Nanomateriale şi nanostructuri obţinute prin procesare laser pentru aplicaţii în domeniul eco‐nanotehnologiilor;
Utilizarea metodelor optofluidice în prepararea şi studierea suprafeţelor de interes tehnologic

TEMA 3.3 Cristale şi ceramici speciale pentru surse laser şi procese avansate de conversie a radiaţiei

Noi cristale şi ceramici transparente pentru realizarea de surse laser eficiente în domeniile infraroşu apropiat ‐ NIR (~1 μm ) şi vizibil – VIS;
Materiale noi din clasa ceramicilor şi nano‐cristalelor cu proprietăti spectroscopice înalt controlate;
Nanoparticule cu emisie tunabilă în domeniul ultraviolet ‐ infraroşu cu excitare optică, raze X şi fascicul de electroni.

Obiectiv 4 – Metode și dispozitive cu laser, plasmă și radiații cu aplicații în farmacologie și biomedicină

Acest pachet de lucru se află în coordonarea directorului de proiect, Dr. Felix Sima, şi reuneşte cercetări realizate în toate departamentele INFLPR. Obiectivele acestui pachet urmăresc identificarea unor soluții experimentale inovative a cercetărilor biofotonice și cu plasmă asupra dezvoltării de dispozitive şi metode cu aplicaţii biomedicale. Pachetul de lucru este împărţit în 3 teme majore de cercetare în cadrul cărora se vor realiza studii pentru i) dezvoltarea unor configuraţii biomimetice tridimensionale cu caracteristici micro şi nanometrice pentru teste in vitro alternative, neconvenţionale; ii) dezvoltarea unor biosisteme (nanostructuri, nanoparticule, materiale funcţionalizate) cu eficienţă antibacteriană crescută şi iii) dezvoltarea unor materiale cu proprietăţi noi pentru aplicaţii tisulare şi implantologie.

Temele de cercetare

Obiectivul 4 – Metode și dispozitive cu laser, plasmă și radiații cu aplicații în farmacologie și biomedicină

Acest pachet de lucru se află în coordonarea directorului de proiect, Dr. Felix Sima, și reunește cercetări realizate în toate departamentele INFLPR. Obiectivele acestui pachet urmăresc identificarea unor soluții experimentale inovative a cercetărilor biofotonice și cu plasmă asupra dezvoltării de dispozitive și metode cu aplicații biomedicale. Pachetul de lucru este împărțit în 3 teme majore de cercetare în cadrul cărora se vor realiza studii pentru i) dezvoltarea unor configurații biomimetice tridimensionale cu caracteristici micro și nanometrice pentru teste in vitro alternative, neconvenționale; ii) dezvoltarea unor biosisteme (nanostructuri, nanoparticule, materiale funcționalizate) cu eficiență antibacteriană crescută și iii) dezvoltarea unor materiale cu proprietăți noi pentru aplicații tisulare și implantologie.

TEMA 4.1 Dispozitive și scaffold-uri pentru studii celulare în configurații biomimetice tridimensionale

Dispozitive microfluidice cu caracteristici nanometrice fabricate cu pulsuri laser ultrascurte;
Structuri biomimetice nanocompozite obținute prin imprimare laser 3D;
Hidrogeluri polimerice biodegradabile dezvoltate prin procesare cu radiații ionizante.

TEMA 4.2 Biosisteme cu potențial antibacterian

Fenotiazine expuse la radiație laser UV în condiții de microgravitație;
Metoda laser de modificare a structurii medicamentelor pentru combaterea rezistentei bacteriilor la tratamente multiple;
Nanostructuri magnetice obținute prin piroliză laser;
Compozite nanostructurate și functionalizate cu laser bazate pe nanoparticule magnetice de tip „core‐shell”.

TEMA 4.3 Suprafețe și interfețe inteligente pentru inginerie tisulară și implantologie

Suprafețe microstructurate laser cu funcționalizare specifică pentru control al răspunsurilor celulare;
Acoperiri subțiri compozite biodegradabile de apatită biomimetică ‐ chitosan prin tehnici laser pulsate;
Filme nanostructurate de hidroxiapatită de origine naturală prin depunere laser pulsată;
Straturi subțiri ceramice pe suporți polimerici prin pulverizare magnetron în radio frecvență.

Obiectivul 5 – Cercetări aplicative cu laseri, plasmă și radiații pentru dezvoltarea de metode, tehnologii emergente și servicii

Acest pachet de lucru se află în coordonarea directorului de program, Dr. Ion Tiseanu, şi reuneşte cercetări realizate în toate departamentele INFLPR. Obiectivele acestui pachet urmăresc identificrea unor cercetări aplicative cu poţential tehnologic. Pachetul de lucru este împarţit în 3 teme majore de cercetare în cadrul cărora se vor realiza studii pentru i) dezvoltarea tehnologiilor emergente cu laser şi plasmă ; ii) dezvoltarea metodelor şi serviciilor cu radiaţie şi iii) dispozitive avansate.

Temele de cercetare

Obiectivul 5 – Cercetări aplicative cu laseri, plasmă și radiații pentru dezvoltarea de metode, tehnologii emergente și servicii

Acest pachet de lucru se află în coordonarea directorului de program, Dr. Ion Tiseanu, și reunește cercetări realizate în toate departamentele INFLPR. Obiectivele acestui pachet urmăresc identificarea unor cercetări aplicative cu potențial tehnologic. Pachetul de lucru este impărțit în 3 teme majore de cercetare în cadrul cărora se vor realiza studii pentru i) dezvoltarea tehnologiilor emergente cu laser și plasmă; ii) dezvoltarea metodelor și serviciilor cu radiație și iii) dispozitive avansate.

Temele de cercetare prezentate vor fi realizate în laboratoarele din INFLPR, folosind competențe științifice și tehnice complementare ale diferitelor grupuri.

TEMA 5.1 Tehnologii emergente cu laser și plasmă

Obținerea straturilor destinate utilizării în condiții extreme și pentru aplicații din domeniul fuziunii nucleare;
Heterostructuri dielectrice cu proprietăți anti‐reflex pentru optica laserilor de mare putere din cadru CETAL și ELI‐NP;
Dezvoltarea de aplicații diversificate pentru topirea laser a pulberilor metalice.

TEMA 5.2 Dezvoltare de metode și servicii avansate cu radiație

Iradierea cu fascicule de electroni cu aplicații în chimie, medicină, biochimie și știința materialelor;
Imagistică avansată de raze X pentru asigurarea calității tehnologiilor proprii de sinteză și procesare cu laser, plasmă și radiații și pentru servicii de mare valoare adăugată către industrie;

TEMA 5.3 Dispozitive avansate cu laser și plasmă

Bujia cu laser cu mai multe fascicule;
Capcane de ioni și atomi ultra‐reci. Ceasuri atomice.

Pe lângă obiectivele care vizează aspecte științifice și tehnologice, proiectul își propune și atingerea unor obiective economice și de dezvoltare a infrastructurii și a resurselor umane.

Astfel, obiectivele de creștere economică vizează două aspecte principale, respectiv i) dezvoltarea portofoliului de servicii oferite către piață, în domeniul consultanței, asistenței tehnice și a ofertei de procesări și măsurări specifice folosind sistemele cu laseri, plasmă și radiații, care va conduce la atragerea de fonduri din colaborarea cu agenţi economici și ii) câştigarea de contracte de cercetare în urma competiţiilor de proiecte, atât sub umbrela PNCDI III cât şi a comunităţii europene prin Horizon 2020 şi Horizon Europe, respectiv prin programele de cercetare internaţionale derulate de NATO Science for Peace și ESA, la care INFLPR a participat cu succes şi în anii anteriori.

Obiectivele de dezvoltare a infrastructurii vizează achiziția unor echipamente de cercetare ultra‐performante, de interes pentru majoritatea temelor de cercetare realizate prin Programul Nucleu și complementare celor propuse spre achiziție din fondurile celorlalte proiecte implementate la nivel instituțional, respectiv a proiectului POC Centru de Inovare Interdisciplinar de Fotonică și Plasmă pentru Eco‐Nano Tehnologii și Materiale Avansate IN2‐FOTOPLASMAT, finanțat prin Fondul European de Dezvoltare Regională prin Programul Operațional Competitivitate 2014 ‐ 2020, și a proiectului Proiect de dezvoltare instituțională pentru susținerea competitivității și excelenței în INFLPR câștigat în cadrul Subprogramului 1.2 – Performanță instituțională al Programului 1 ‐ Dezvoltarea sistemului național de cercetare‐dezvoltare Planul Naţional de Cercetare‐Dezvoltare și Inovare pentru perioada 2015‐2020 (PNCDI III).

Obiectivele de dezvoltare a resurselor umane vizează pe de o parte personalul foarte tânăr, prin i) educarea şi formarea de tineri doctoranzi specializaţi în tematicile propuse, și pe de altă parte personalul deja atestat, prin ii) învăţarea continuă pe parcursul vieţii de către cercetătorii cu experienţă, prin participarea în echipe mari de cercetare, și dezvoltarea multi și interdisciplinarității acestora.

Expected results

Experienţa dobândită din derularea proiectelor NUCLEU în INFLPR în anii trecuţi, constituie garanţia implementării cu succes a acestui proiect. Pachetele de lucru sunt conduse de cercetători cu experienţă recunoscută, iar infrastructura de cercetare a INFLPR permite atingerea rezultatelor specifice propuse. Sunt detaliate în continuare rezultatele specifice estimate pentru fiecare obiectiv în parte.

Obiectiv 1 – Surse neconvenționale de radiații și plasmă și fizica interacției acestora cu materia

Expected results

Pentru Obiectivul 1, enumerăm mai jos rezultatele specifice estimate:

Obținerea de fascicule de electroni cu caracteristici (energie, flux, distribuție energetică) adaptate aplicațiilor de interes, cum ar fi: testarea componentelor utilizate în industria aero‐spațială, nucleară, militară, etc;
Diagnoza plasmelor prin spectroscopie optică de emisie rezolvată spațio-temporal;
Generarea experimentală a unor fascicule structurate în amplitudine astfel încât să se propage mai adânc în medii împrăştietoare decât fasciculele obişnuite gaussiene;
Programe de calculator pentru analiza distorsiunilor/cuplajelor spațio‐temporale induse în sisteme laser bazate pe metoda de amplificare a pulsurilor laser ultrascurte prin deriva liniară a frecvenței pulsului;
Metodă de caracterizare și reprezentare a structurii fasciculelor având bandă largă a frecvenţei;
Metodă şi montaj experimental pentru determinarea distorsiunilor spaţio‐temporale ale fasciculelor având bandă largă a frecvenţei;
Dezvoltarea tehnicii de accelerare de electroni în microcipuri;
Punerea la punct a unor metode numerice de simulare a dispozitivelor de accelerare cu laser în microcipuri;
Proceduri de fabricare și testare a microcipurilor de accelerare;
Realizarea unei surse de plasmă având o construcţie compactă, prevăzută cu un ejector mobil, care poate fi asimilată uşor de către industrie, folosită pentru a aplica tratamente cu plasmă pe suprafaţe de material, sensibile termic, având diverse configuraţii (inclusiv suprafeţe neregulate/greu accesibile), sau într‐un mediu lichid;
Proiectarea, realizarea şi testarea în condiţii reale a unui circuit electric de alimentare simplu şi robust, utilizând componente uzuale, pentru iniţierea/susţinerea plasmelor la presiune atmosferică;
Date privind proprietățile spectroscopice statice și dinamice ale ionilor Tb³⁺, Yb³⁺ și Tb³⁺‐Yb³⁺;
Determinarea eficienței cuantice a emisiei și caracterizarea proceselor de transfer de energie Tb³⁺‐Yb³⁺;
Corelare structură – proprietăți ‐ funcționalitate în scopul optimizării proceselor de emisie;
Evaluarea schemelor de emisie cu potențial aplicativ;
Date privind proprietățile spectroscopice statice și dinamice ale ionilor Pr³⁺, Yb³⁺ și Pr³⁺‐Yb³⁺;
Determinarea eficienței cuantice a emisiei și caracterizarea proceselor de transfer de energie Tb³⁺‐Yb³⁺;
Corelare structură ‐ proprietăți ‐ funcționalitate în scopul optimizării proceselor de emisie;
Evaluarea schemelor de emisie cu potențial aplicativ;
Sinteză de fosfuri de tip perovskit dopați cu ioni de pământuri rare; Proprietăți spectroscopice și caracterizare structurală;
Date privind proprietățile spectroscopice statice și dinamice ale ionilor Dy³⁺, Yb³⁺ și Dy³⁺‐Yb³⁺;
Determinarea eficienței cuantice și caracterizarea proceselor de transfer de energie Dy³⁺‐Yb³⁺;
Corelare structură ‐ proprietăți ‐ funcționalitate în scopul optimizării proceselor de emisie;
Evaluarea schemelor de emisie cu potențial aplicativ;
Sinteză de fosfuri de tip perovskit dopați cu Eu³⁺ și caracterizare spectroscopică și structurală;
Date privind proprietățile spectroscopice ale ionilor Ce³⁺ codopați cu ioni RE³⁺ (Sm, Dy, Tb);
Determinarea eficienței cuantice și caracterizarea proceselor de transfer de energie;
Evaluarea schemelor de emisie cu potențial aplicativ;
Obținerea unui mediu activ de tip Er³⁺:ABC₃O₇, calculul parametrilor Judd‐Ofelt și determinarea eficienței cuantice a emisiei;
Dezvoltarea de metode și montaje experimentale pentru obținerea efectului laser pe fibră dopată și iradiată;
Caracterizarea fibrelor utilizate ca mediu activ laser în scopul optimizării parametrilor de funcționare ca mediu activ;
Măsurarea răspunsului unor sisteme laser bazate pe fibre optice în configurație inelară;
Dezvoltarea de sisteme laser de tip aleator bazate pe fibre optice;
Date privind caracterizarea și optimizarea condițiilor de emisie a radiației de tip lasing a mediilor active deformabile (picături) microvolumetrice individuale conținând soluții de colorant laser;
Date privind caracterizarea și optimizarea condițiilor de emisie a radiației de tip lasing a mediilor active de dimensiuni micro sau nanometrice dopate cu nanoparticule “quantum‐dot”;
Date privind fasciculele laser cu emisie în domeniul THz, de la un laser acordabil cu emisie continuă și de la un sistem THz‐TDS cu emisie în pulsuri. Rezultatele obținute vor folosi ca punct de plecare în îmbunătățirea unor metode de imagistică/ spectroscopie la lungimile de undă submilimetrice;
Date privind caracterizarea și optimizarea condițiilor de sincronizare haotică în regim stabil a sistemelor LSCE cuplate în configurație punct – multipunct (un transmițător cu mai mulți receptori) obținută la curenți de injecție peste curentul de prag laser;
Coeficienți optici ai neliniarității de ordinul trei excitate în cristale de GaN de pulsuri laser NIR ultrascurte;
Parametrii de neliniaritate ai răspunsului ultrarapid al unor materiale semiconductoare structurate sub‐lungimea de undă, la lungimi de undă de interes în funcționalități fotonice pentru comunicații optice;
Contribuția efectului termo‐optic indus de pulsuri laser ultrascurte (fs) cu rată mare de repetiție la răspunsul optic neliniar total;
Obținerea regimurilor de transport a particulelor încărcate în vântul solar;
Modelarea teoretică a perturbațiilor în plasmă ideală și în vid;
Construirea și implementarea unui sistem de sonde Langmuir pentru analize spațio-temporale a plasmelor generate prin ablație laser;
Implementarea unui sistem cu cameră ICCD pentru monitorizarea procesului de depunere în timp real;
Analize cantitative asupra plasmelor generate prin ablație laser utilizând spectroscopia de emisie;
Optimizarea procesului de depunere prin utilizarea simultană a două sau mai multe tehnici de diagnoză;
Microstructuri fotonice cu proprietăți spectrale specifice de transmisie / reflexie, pentru aplicații în fotonică;
Optimizare de nano‐macromateriale și compuși moleculari cu luminescență excitate optic (210 ‐ 1600 nm) și cu raze X (10 ‐ 220 keV) în regim pulsat;
Corelarea proprietăților de structură locală și lungă distanță prin analiza luminescenței rezolvată temporal indusă optic și prin raze X în regim pulsat și a proprietăților structurale (măsurate prin difracție de raze X, spectroscopie Raman, microscopie electronică);
Selecția nanoparticulelor multifuncționale pentru aplicații dedicate: bioimagistică, dozimetrie, termometrie.

Obiectiv 2 – Platforme senzoristice bazate pe metode fotonice și plasmă

Expected results

Pentru Obiectivul 2, enumerăm mai jos rezultatele specifice estimate:

Spectroscopie fotoacustică aplicată în detecţia biomarkerilor, a agenților chimici de război, a explozivilor şi a poluanţilor, până la nivel ppb, demonstrând în acelaşi timp versatilitatea pentru analiza şi detecţia gazelor multi‐component, tehnica fiind un candidat foarte bun în optimizarea şi automatizarea scanării diferitelor linii laser;
Detecţia optoacustică a gazelor pentru analiza calității plantelor și fructelor;
Evaluarea produşilor stresului oxidativ utilizând testele de respiraţie;
Analiza de gaze multi‐component aplicată poluanţilor;
Detecţia urmelor de agenți chimici de război şi explozivi: raportarea concentraţiilor de bioxid de carbon, amoniac, etilenă, metanol, etanol, acroleină, acetonitril, benzen şi toluene din aeroporturi și în alte locuri publice.
Dezvoltarea, testarea şi obținerea unui senzor FO‐SPR pentru detecție de gaze cu performanțe superioare celor raportați până în prezent;
Dezvoltarea unui dispozitiv inovativ FO‐SPR pentru monitorizarea în timp real a interacţiilor bio‐/moleculare;
Investigarea diverselor materiale plasmonice pentru îmbunătățirea performanței senzorului FO‐SPR;
Utilizarea senzorului FO‐SPR pentru detecție de gaze;
Testarea mai multor tipuri de polimeri conductori în combinație cu senzorul FO‐SPR pentru detecție de gaze;
Dezvoltarea substraturilor SERS reutilizabile;
Dezvoltarea de substraturi metalice nanostructurate pentru SERS;
Aplicaţii ale spectroscopiei laser pentru excipienţii folosiţi în industria farmaceutică;
Aplicaţii ale spectroscopiei laser pentru identificarea medicamentelor active;
Sistem integrat de caracterizare şi control al produselor din industria farmaceutică;
Pulberi oxidice prin piroliză laser pe bază de Ti, W, Sn sau V cu proprietăti morfologice şi structurale dorite pentru aplicaţii senzoristice;
Îmbunătăţirea proprietăţilor de selectivitate şi senzitivitate prin decorarea cu metale nobile a nano‐oxizilor, în vederea îmbunătăţirii senzitivităţii şi selectivităţii;
Meta‐reţele cu proprietăţi senzoristice prin autoasamblare utilizând nanoparticule sintetizate prin piroliză laser;
Dispozitive nanostructurate cu performanţe senzoristice superioare: senzitivitate, selectivitate, timp de răspuns.
Realizarea de senzori bazaţi pe nanoparticule oxidice obţinute prin metode laser, pentru detecţia de VOC şi radiaţii UV cu limita de detecţie a senzorilor la temperatura camerei în cazul detecţiei de VOC sub 10 ppm, iar timpul de răspuns sub 10 sec. În cazul detecţiei de radiaţie UV, limita de detecţie de ordinul zecilor de mW/cm^‐2;
Îmbunătăţirea limitei de detecţie a senzorilor prin dezvoltarea unei noi tehnici de analiză a semnalului bazată pe analiza spectrului Fourier a instabilităţilor de fază;
Realizarea de nanoparticulelor oxidice de ZnO, TiO₂, WO₃ prin metode laser;
Realizarea de filme cu nanoparticule oxidice înglobate în polimer;
Realizarea şi caracterizarea senzorilor pe bază de nanoparticule oxidice pentru detecţia de VOC: (i) tip SAW cu nanoparticule oxidice înglobate în polimer pentru detecţia de compuşi organici volatili; (ii) pe bază de nanoparticule oxidice pentru detecţia de radiatii UV;
Îmbunătăţirea sensibilităţii senzorilor prin dezvoltarea unei noi tehnici de analiză a semnalului bazată pe analiza spectrului Fourier a instabilităţilor de fază;
Aplicarea tehnicii de detecţie prin spectroscopie Fourier la senzorii bazaţi pe nanoparticule oxidice;
Filme subţiri prin PLD de straturi de Au nanostructurat şi multistraturi Au/oxid;
Straturi de Au formate din aglomerări de nanoparticule cu nanoporozitate optimă pentru aplicaţii în senzori SAW de gaze şi biosenzori de tip Love Wave;
Realizarea şi caracterizarea de biosenzori de tip Love Wave pe baza straturilor de Au nanostructurat obţinute;
Biosenzori de tip Love Wave cu sensibilitate crescută pe bază de Au nanostructurat;
Realizarea de senzori de tip SAW pe baza multistraturilor Au/oxid;.
Senzori de tip SAW cu răspuns îmbunătăţit la H₂ (sensibilitate, selectivitate, timp de răspuns, timp de revenire);
Straturi nanostructurate de Au prin PLD pentru biosenzori;
Mostre de laborator, filme subțiri hibride organice‐anorganice pentru senzori;
Dezvoltarea de matrici de senzori chemorezistivi cu materiale active hibride organic-anorganic;
Mostre de laborator, microstructuri și sisteme de senzori;
Mostre de laborator, straturi nanometrice de dicalcogenide de metale de tranziție;
Dezvoltarea de matrici de senzori chemorezistivi cu materiale active pe bază de straturi nanometrice de dicalcogenide de metale de tranziție.
Îmbunătăţirea senzitivităţii senzorilor pe bază de oxizi metalici depuşi prin ablaţie laser;
Straturi subţiri cu conţinut de nitruri de C şi B de diverse forme alotrope; aplicaţii în senzoristică şi fotonica straturilor obţinute.

Obiectiv 3 – Nanostructuri și materiale avansate obținute/caracterizate prin metode laser,
plasmă și radiații pentru eco-nano-tehnologii

Expected results

Pentru Obiectivul 3, enumerăm mai jos rezultatele specifice estimate:

Dezvoltarea de sisteme versatile de sinteză a materialelor nanocompozite;
Dezvoltarea de sisteme cu laseri şi plasmă pentru producerea nanoparticulelor metalice, de compuşi metalici şi nanomateriale complexe;
Realizarea unui sistem hibrid RF‐US‐PLD asistat de un sistem acusto‐mecanic pentru substrat;
Proceduri şi protocoale experimentale de sinteză şi tratament în plasme cu funcţionare la presiune joasă şi atmosferică;
Implementarea unor metode de control în timpul procesării cu plasmă/laseri a materialelor;
Elaborarea unor tehnici de laborator pentru producerea de materiale vitroase în sisteme binare şi ternare special;
Reţete noi de materiale vitroase pentru aplicaţii în eco‐nanotehnologii;
Metode de producere de micro‐ şi nano‐ structuri pe materiale metalice şi nemetalice;
Obţinerea de materiale anticorozive şi/sau superhidrofobe;
Implementarea unor metode moderne de sinteză chimică a compuşilor complecşi pentru aplicaţii în domeniul fotonicii;
Metode de sinteză şi mostre de nanoparticule dopate cu Ln/metale tranziţionale, în gazde diferite, cu luminescenţă promptă, persistenţă, scintilaţie şi catodoluminescenţă;
Mostre de nanomateriale sintetizate sau funcţionalizate în plasmă şi cu laseri (nanoparticule metalice şi de compuşi, grafene funcţionalizate, dopate şi cu defecte controlate);
Probe depuse cu filme subţiri oxidice cu proprietăţi optice controlate;
Filme subţiri de oxizi, hidroxizi, materiale vitroase şi montmoriloniti obţinute prin tehnici laser şi combinaţii ale acestora;
Obtinerea de cristale Nd:LGSB şi Nd:LYSB şi ceramici de tip Yb:YAG şi Nd:YAG respectiv Nd:Y₂O₃ şi Yb:Y₂O₃;
Obţinerea de nanofluide pe baza nanopulberilor de tip oxizi metalici simpli sau micşti, nitruri, carburi, nemetale (cum sunt cele de carbon) etc. (incluzând cele de tip miez/coajă) metoda reacţiei în fază solidă şi sinterizare în vid;
Rezultate ştiinţifice privind compozitia chimică şi structura materialelor obţinute în funcţie de parametrii experimentali de sinteză;
Studii privind corelarea parametrilor experimentali de sinteză sau procesare chimică, cu plasmă sau laseri şi proprietăţile materialelor obţinute, relevante pentru tipul de aplicaţie vizat;
Evaluarea potenţialului de absorbţie a poluanţilor din apele reziduale de tipul metalelor grele, antibioticelor şi respectiv pesticidelor de către materiale cu structură lamelară sub formă de filme subţiri;
Evaluarea luminiscenţei persistente şi prompte a nanoparticulelor la excitare optică, cu raze X sau fascicul de electroni;
Dezvoltarea de platforme de testare a proprietăţilor electrice şi a capacităţilor senzoristice a grafenelor funcţionalizate;
Elaborarea de strategii experimentale specifice pentru optimizarea proprietaţilor materialelor în funcţie de aplicaţia vizată;
Date privind speciile prezente în plasmele de presiune joasă şi atmosferică utilizate la sinteza şi funcţionalizarea materialelor;
Dezvoltarea de metode de testare a răspunsului la stimuli (lumină, gaze, presiune) a materialelor obţinute în cadrul proiectului;
Implementarea unor metode de investigare a capacităţii antimicrobiene şi biocompatibilităţii materialelor sintetizate şi procesate cu plasmă.

Obiectiv 4 – Metode și dispozitive cu laser, plasmă și radiații cu aplicații în farmacologie și biomedicină

Expected results

Pentru Obiectivul 4, enumerăm mai jos rezultatele specifice estimate:

Dispozitive microfluidice cu caracteristici nanometrice fabricate cu pulsuri laser ultrascurte;
Structuri ierarhice pe bază de sticlă şi polimeri;
Proiectarea şi fabricarea cu ajutorul fasciculului laser pulsat a micro‐canalelor pentru aplicaţii specifice: i) capturarea şi analiza celulară, ii) ghidare şi analiză celulară;
Structuri polimerice integrate în interiorul unor micro‐canale microfluidice;
Proiectare, caracterizare şi testare platformă pentru controlul curgerii în dispozitive microfluidice;
Eliberarea secvenţială, controlată de biomolecule în cip în condiţii de teste cu culturi celulare;
Generarea de nanopicături pentru captare unicelulară;
Proiectare, caracterizare şi testare platformă de interogare optică şi spectroscopică a cipurilor în timp real;
Structuri biomimetice nanocompozite obţinute prin imprimare laser 3D;
Studiul comportamentului celular în implanturi biomimetice stimulate în câmp magnetic;
Hidrogeluri polimerice biodegradabile dezvoltate prin procesare cu radiaţii ionizante;
Fenotiazine expuse la radiaţie laser UV în condiţii de microgravitaţie;
Date spectrale privind modificările induse de expunerea la condiţii de hipergravitaţie a medicamentelor neiradiate şi iradiate cu fascicul laser;
Date privind proprietăţile de udare a soluţiilor de medicamente la interacţia cu suprafeţe ţintă de interes medical şi tehnologic în condiţii de hipergravitaţie;
Date spectrale privind modificările induse de expunerea la condiţii de microgravitaţie a medicamentelor neiradiate şi iradiate cu fascicul laser;
Date privind proprietăţile de udare a soluţiilor de medicamente la interacţia cu suprafeţe ţintă de interes medical şi tehnologic în condiţii de microgravitaţie;
Metodă laser de modificare a structurii medicamentelor pentru combaterea rezistenţei bacteriilor la tratamente multiple;
Identificarea fotoproduşilor în soluţii de fenotiazine şi vitamine ce vor fi generaţi prin expunere la radiaţie laser;
Micro‐/nano‐emulsii ce conţin medicamente pentru tratarea infecţiilor bacteriene, prin metode asistate laser;
Generare de cocktailuri de soluţii din medicamente expuse la radiaţie laser şi se vor obţine date despre activitatea lor pe bacterii Gram‐pozitive;
Generare cocktailuri de soluţii din medicamente expuse la radiaţie laser şi se vor obţine date despre activitatea lor pe bacterii Gram‐negative;
Nanostructuri magnetice obţinute prin piroliza laser;
Nanostructuri complexe pe sistemul ternar Fe‐Ti‐Si;
Studii experimentale privind stabilizarea dispersiilor concentrate pe bază de nanoparticule sintetizate prin piroliză laser;
Studii de optimizare a sintezei de diverse nanopulberi magnetice şi obţinerea pe baza acestora de nanofluide magnetice în fluide de bază utile aplicaţiilor bio‐medicale şi farmacologice;
Compozite nanostructurate şi funcţionalizate cu laser bazate pe nanoparticule magnetice de tip „core‐shell”;
Sinteza de materiale ce vor funcţionaliza nanoparticulele magnetice în vedera obţinerii structurilor de tip „core‐shell”, şi antibiotice de spectru larg;
Obţinerea filmelor subţiri de materiale compozite nanostructurate şi funcţionalizate bazate pe nanoparticule magnetice multifuncţionale de tip „core‐shell” prin MAPLE pe diferite substraturi specifice metodei de investigare;
Sistematizarea şi corelarea rezultatelor obţinute în urma investigaţiilor structurale şi morfologice efectuate asupra filmelor subţiri de materiale compozite nanostructurate şi funcţionalizate bazate pe nanoparticule magnetice multifuncţionale de tip „coreshell”;
Sistematizarea şi corelarea rezultatelor obţinute în urma investigaţiilor in vitro din punct de vedere a activităţii antimicrobiene şi biocompatibilităţii/citotoxicităţii asupra filmelor subţiri de materiale compozite nanostructurate şi funcţionalizate bazate pe nanoparticule magnetice multifuncţionale de tip „core‐shell”;
Mostre de laborator complet caracterizate ‐ bio‐platforme biocompatibile micro şi nanostructurate pentru studiul efectului topografiei asupra celulelor mamaliene ‐ prin ablaţie/texturare laser;
Mostre de laborator complet caracterizate‐ bio‐platforme specific/localizat funcţionalizate asupra celulelor mamaliene ‐ prin MAPLE şi/sau prin transfer indus cu laserul –LIFT;
Mostre de laborator complet caracterizate‐bio‐platforme biocompatibile micro şi nanostructurate pentru studiul efectului sinergetic al topografiei şi funcţionalizării (specific funcţionalizată sau complet funcţionalizată) asupra celulelor mamaliene;
Mostre de laborator complet caracterizate‐ biointerfeţe optimizate specific pentru inducerea procesului de diferenţiere celulară cu aplicabilitate în osteogeneză şi în dezvoltarea sistemelor celulare de screening „in vitro” pe alte linii celulare (i.e. hepatice);
Sintetiza de pulberi de apatită biomimetică slab cristalizată, analoagă osului mineralizat, printr‐un procedeu de dublă descompunere.
Depunerea de filme subțiri de apatită biomimetică prin MAPLE;
Sinteza de filme subțiri de apatită biomimetică‐chitosan prin metoda C‐MAPLE;
Eficiența antimicrobiană a chitosanului / și a straturilor de apatită biomimetică împotriva tulpinilor de Staphylococcus aureus și Escherichia coli;
Se vor fabrica implanturi antibacteriene din pulberi compozite de Apatită biomimetică;
Filme subțiri de apatită biomimetică‐ chitosan și uleiuri esențiale (ulei de eucalipt);
Studiu parametric al fluenţei privind modificările morfologice şi structurale ale filmelor HA de origine naturală;
Studiu parametric al temperaturii de depunere privind variaţia proprietăţilor mecanice ale straturilor subţiri HA de origine naturală;
Dezvoltarea de noi metodologii spectrale de analiză a straturilor ceramice;
Optimizarea tehnicilor de spectrometrie de masă şi optică în scopul analizei straturilor obţinute;
Iradierea straturilor depuse pe suporţi polimerici în fluxuri de particule ionizante în scopul testării integrităţii compoziţiei chimice şi a proprietăţilor structurale şi morfologice ale depunerilor obţinute.

Obiectivul 5 – Cercetări aplicative cu laseri, plasmă și radiații pentru dezvoltarea de metode,
tehnologii emergente și servicii

Expected results

Pentru Obiectivul 5, enumerăm mai jos rezultatele specifice estimate:

Obţinerea informaţiilor cu privire la modificările morfologice, structurale de compoziţie, de retenţie/desorbţie a deuteriului, heliului în structuri compozite cu conţinut de W, Fe respectiv Cr de interes pentru fuziunea nucleară, obţinute prin iradierea filmului compozit cu ioni de deuteriu și heliu, dar și codepuse, precum și la influenţa impurităţilor (O, N) asupra acestora;
Realizarea unui ansamblu experimental de pulverizare magnetron în impulsuri ultrascurte cu înaltă ionizare a vaporilor (FAST HiPIMS);
Caracterizarea spectrală cu rezoluţie temporală și spaţială a plasmei pulsate din Fast HiPIMS;
Caracterizarea straturilor subţiri obţinute din punct de vedere morfologic și structural (SEM, XRD, GDOES, RBS, ERDA, etc);
Mostre de laborator complet caracterizate;
Fișa tehnică de evaluare a mostrelor de laborator testate la energii mari;
Componente optice bazate pe structuri funcţionale capabile să reziste la interacţia cu laserii de mare putere;
Forme 3D complexe din materiale metalice;
Marcaje în relief obţinute prin placare laser;
Identificarea unei ceramice refractare compatibile cu aliaje de Ti;
Dezvoltarea tehnicii de placare laser în INFLPR, pentru repararea unor piese cu defecte macroscopice și cu deviaţii de formă;
Breviar calcul dimensionare ecrane de protecţie;
Realizarea unei platforme de instalaţii tomografice cu înaltă rezoluţie spaţială și putere mare de penetrare pentru realizarea de masurări de caracterizare a porozităţii în probe dense/masive cu aplicabilitate în diferite domenii;
Asamblarea unui pachet de programe de calcul pentru post‐procesarea imaginilor tomografice în direcţia extragerii informaţiilor volumetrice microstructurale;
Studii comparative de analiză microstructurală prin microtomografie și imagistică optică;
Implementarea standardelor de asigurarea calităţii tehnologiilor proprii de sinteză și procesare cu laser, plasmă și radiaţii și ofertarea de servicii de mare valoare adăugată către industrie;
Studiul influenţei numărului de puncte de aprindere și a distribuţiei acestora asupra caracteristicilor aprinderii diferitelor tipuri de combustibili;
Generare de pulsuri ps prin tehnica de mode‐locking cu SESAM;
Generarea și studiul interacţiei THz cu materia;
Posibilităţi de utilizare a fibrelor optice și a laserilor cu fibră optică în aprinderea cu laser.
Studiul posibilităţilor de utilizare a laserilor Nd:YAG/Cr⁴⁺:YAG cu mare putere de vârf pentru întărirea la rece a suprafeţelor metalice ‐ „peening’;
Generare de fascicule laser de putere medie și ridicată de la noi medii laser prin modelocking cu SESAM;
Imagistică THz cu aplicaţii în medicină;
Emisie laser cu putere medie de la laseri cu fibra optică;
Emisie laser în domeniul infraroșu apropiat la 1 mm de putere medie și ridicată de la fibre optice;
Sheme de pompaj pentru laseri cu fibre optice;
Studii preliminare de amplificare a radiaţiei din domeniul infraroșu apropiat în fibre optice;
Amplificarea radiaţiei din domeniul infraroșu apropiat în fibre optice;
Prelucrări cu laseri cu fibră optică;
Realizarea unui sistem electronic de alimentare mixtă al electrozilor unei capcane Paul, în curent continuu (c.c.) și în curent alternativ (c.a.), pentru stocarea de diferite specii ionice în condiții de ultravid;
Proiectarea și realizarea unei capcane Paul miniaturizate cu funcționare în ultravid, destinată stocării de ioni de Yb sau Sr, montarea acesteia în incinta de ultravid;
Teste cu instalația de ultravid și punerea la punct a acesteia;
Realizarea unui cuptor pentru ionii stocați, care va trebui să fie integrat cu capcana;
Realizarea unui rezonator coaxial pentru excitarea și detecția ionilor stocați.

The scheme of realization of the project:

Anul 2019 – Schema de realizare a PN 19 15 01 01
Anul 2020 – Schema de realizare a PN 19 15 01 01
- Phase I
- Etapa a II-a
Anul 2021 – Schema de realizare a PN 19 15 01 01
- Phase I
- Etape II și III
Anul 2022 – Schema de realizare a PN 19 15 01 01

Anul 2019 – Schema de realizare a PN 19 15 01 01

Phase I

Faza nr. 1

Responsabil: Dr. C. Ticoş

Termen de predare: 14.03.2019

Title: „Tehnica particle image velocimetry (PIV) pentru studiul colectiv al dinamicii microparticulelor iradiate cu electroni”

Abstract: Tehnica PIV (Particle Image velocimetry) este aplicată pentru studiul dinamicii plasmelor cu microparticule. Efectele cinetice asupra acestor microparticule sunt studiate experimental într-un cristal de plasmă local iradiat de un fascicul de electroni pulsat cu energie de 13 keV și curent de vârf 4 mA. Observăm în stratul superior al cristalului de plasmă formarea unei curgeri stabile de microparticule de-a lungul direcției de iradiere în primele 200 ms ale interacțiunii. Această curgere devine instabilă în timp, microparticulele având traiectorii haotice. Viteza curgerii de microparticule este cartografiată într-un plan orizontal folosind PIV. Energia cinetică a curgerii precum și vorticitatea sa sunt deduse pe baza vectorilor de viteză furnizați de PIV. Un factor de transfer maxim de energie de 0.048 de la fasciculul de electroni este dedus considerând energia cinetică de vârf (625 eV) a curgerii de microparticule. Vortexuri simple și tripolare sunt observate atunci când curgerea devine instabilă.

Abstract this graphic:

Faza nr. 2

Responsabil: Dr. A. Stăncălie

Termen de predare: 14.03.2019

Title: „Caracterizarea fibrelor optice folosite în sisteme de laseri pe fibră utilizând reflectometru optic în frecvenţă şi analizare de spectru. Realizarea de iradieri cu radiaţie ionizantă a fibrelor şi caracterizarea parametrilor optici (RIA)”

Abstract: În prima fază a proiectului am realizat un studiu comparativ al parametrilor unui laser pe fibră (în configuraţie inelară) în termeni de stabilitate temporală a semnalului şi a puterii de ieşire, folosind fibre de silica dopată cu erbiu (EDF), iradiate în câmp de radiaţii gama sau ne-iradiate. Următorul obiectiv îl constituie obţinerea unui laser în configuraţie aleatoare (random fiber laser) folosind mediu activ fibră optică iradiată.
Am studiat extensiv efectul radiaţiilor ionizante asupra mai multor configuraţii de fibre optice şi senzori pe fibră optică. Alături de senzori tip LPG sau FBG, două tipuri de fibre dopate cu erbium, cu lungime de 5 m, au fost iradiate cu radiaţie gama la doze cuprinse între 200 Gy şi 1kGy. Iradiarea gama s-a făcut la sursa 60Co, în cadrul IFIN-HH, care furnizează un debit între 0.2 şi 0.3 kGy/h. Al doilea iradiator folosit a fost 60Co GC-5000 (BRIT-India) având o cameră de volum 5000 cm3 şi o rată a dozei de 5.7 kGy/h (±1.8 %). Înainte de introducerea fibrelor în configuraţia inelară, ele au fost caracterizate cu un analizor de spectru optic şi cu un reflectometru optic de frecvenţe. Efectul indus de radiaţie (RIA) s-a dovedit a fi liniar cu doza acumulată dar diferit în cazul celor două tipuri de fibre măsurate. Prima fibră EDF a fost M12(980/125) care prezintă un dopaj mare cu erbiu cu înaltă efiecienţă de conversie şi proiectată pentru amplificatori în bandă C de dimensiuni mici. Al doilea tip de EDF studiat a fost I-25(980/128) potrivit de asemenea pentru amplificatori C cu un miez optimizat pentru a permite sisteme de amplificare pe fibre dopate (EDFA) cu densitate mare de canale de lungimi de undă multiplexate. Pentru aceste fibre, vârful de absorbţie al miezului a fost între 16 şi 20 dB/m la 1531nm.
În al doilea set de experimente, fiecare EDF a fost introdusă într-o configuratie inelară laser. Montajul a constat din pompaj EDFA de 980 nm, un cuplor de tip WDM, o fibră iradiată EDF şi un sensor FBG cu lungime centrală de undă 1550 nm conectat la un analizor de spectru optic. Stabilitatea laserului la iesire a fost testată în timp, de la perioade scurte de 30 minute până la 48 ore. Fibrele EDF au fost apoi testate din punct de vedere al modificărilor RIA după pompare laser. A fost observată îmbunătăţirea puterii de ieşire în urma acestor experimente.

Abstract this graphic:

Faza nr. 3

Responsabil: Dr. Al. Palla-Papavlu

Termen de predare: 12.04.2019

Title: „Depunere prin tehnici laser și caracterizarea morfologico-structurală de materiale active hibride organic‐anorganic”

Abstract: Senzorii pentru detecția compușilor volatili organici pot recunoaște diferiți compuși gazoși în mediul înconjurător, fiind utilizați într-un număr mare de aplicații în viața de zi cu zi. Având în vedere cererea din ce în ce mai mare pentru dispozitive și sisteme de detecție performante, există un interes crescut pentru dezvoltarea și fabricarea de dispozitive de detecție pe bază de filme subțiri. În particular, datorită compatibilității acestor materiale cu tehnologia siliciului bazată pe procese CMOS precum și proprietăţilor electronice, magnetice, optice şi mecanice, integrarea materialelor hibride organice-anorganice în structuri și sisteme de senzori oferă funcții noi și performanțe îmbunătățite.
Materialele organice funcționale includ molecule mici, oligomeri și polimeri, în timp ce materialele hibride includ nanomateriale anorganice (cum ar fi nanotuburile de carbon unidimensionale) combinate cu o matrice organică. Pentru multe aplicații provocarea o reprezintă integrarea filmelor subțiri în dispozitive și sisteme de senzori performante și cu cost redus. Validarea proceselor și tehnicilor de prelucrare cu laserul a materialelor permite producerea de filme subțiri în domeniul de competență al cererilor de tehnologii viitoare. De exemplu, tehnicile depunere laser pulsată, evaporare laser pulsată asistată de o matrice și transfer laser sunt folosite și în cercetările întreprinse în INFLPR, aceaste tehnici de depunere/transfer fiind scalabile și utilizate cu succes pentru creșterea de filme de înaltă calitate, cu o densitate foarte bună.
În cadrul acestei faze, am realizat un montaj experimental de depunere a filmelor hibride organic-anorganic prin tehnica evaporarii laser pulsate asistată de o matrice. Prin optimizări succesive am reușit să obținem filme din materiale hibride polimer:nanotuburi de carbon care pot fi ulterior folosite în fabricarea de senzori. Abordarea aleasă a fost simplă și flexibilă datorită faptului că amestecurile de polimer:nanotuburi de carbon pot fi depuse cu ușurință prin MAPLE, pe o varietate de substraturi fără a fi nevoie de o funcționalizare prealabilă a suprafeței.
Filmele hibride polimer:nanotuburi de carbon depuse prin MAPLE au fost caracterizate și au fost obținute proprietățile lor structurale și morfologice. Prezența nanotuburilor modifică atât topografia cât și chimia suprafețelor. În plus o cantitate mai mare de nanotuburi pe suprafața filmelor subțiri hibride, a condus la o suprafață mai hidrofilă, confirmată prin rezultatele măsurărilor de unghi de contact.
Primele rezultate obținute au fost acceptate spre publicare (în revista Applied Physics A). Obiectivele asumate au fost îndeplinite, iar investigațiile demarate continuă pentru realizarea de senzori pe bază de materiale active hibride organic-anorganic.

Abstract this graphic:

Faza nr. 4

Responsabil: Dr. I. Păun

Termen de predare: 12.04.2019

Title: „Imprimare laser 3D de materiale compozite biocompatibile”

Abstract: În această etapă a proiectului raportăm fabricarea prin imprimare laser 3D şi testarea în vitor a unor structuri inovative de tip scaffold realizate din materiale compozite biocompatibile, care sporesc capacitatea de mineralizare în celulele de tip osteoblast. Scaffold-urile au fost fabricate prin scriere directă cu laser prin fotopolimerizare cu doi fotoni (Laser Direct Writing via Two Photons Polymerization, LDW via TPP) a unui compozit biocompatibil format din fotopolimerul OrmoCore și nanoparticule magnetice (MNPs). MNPs cu diametrul de 4.9 +/-1.5 nm și cu magnetizare de saturație de 30 emu/g au fost adăugate în fotopolimerul OrmoCore, în concentrații de 0, 2 și 4 mg/ml. Structurile 3D ale scaffold-urilor au fost fabricate cu rezoluție spațială submicrometrică, iar arhitecturile obținute au fost complexe și reproductibile. Distribuția omogenă a MNPs din compozitul OrmoCore/MNPs nepolimerizat a fost menținută și după procesul de fotopolimerizare. Prezența fierului în compozitul polimerizat a fost detectată în concentrații similare cu concentrațiile MNPs din materialul nepolimerizat. Important, MNPs și-au conservat caracterul superparamagnetic. Magnetizările scaffold-urilor cu concentrații de MNPs de 2 și 4 mg/ml au fost de ordinul 10^-4emu și 2×10^-4 emu, corespunzând unor magnetizări specifice de 4 emu/g și 17 emu/g, respectiv. De asemenea, MNPs au îmbunătățit rezistența mecanică a scaffold-urilor și au redus contracția acestora de la 80.2 ± 5.3% pentru scaffold-urile fără MNPs, până la 20.7 ± 4.7% pentru scaffold-urile cu concentrație de MNPs de 4 mg/ml. Factorii magnetici intrinseci reprezentați de MNPs încorporate în scaffold-uri și factorii magnetici externi reprezentați de câmpul magnetic static (SMF) de 1.3 T au acționat în sinergie și au promovat mineralizarea celulelor in vitro. Celule de tip osteoblast MG-63 însămânțate pe scaffold-urile expuse la SMF au deformat arhitectura regulată a scaffold-urilor și au mineralizat mai repede în comparație cu celulele nestimulate. Totodată, deformarea scaffold-urilor și mineralizarea celulelor prin expunerea la SMF a crescut cu creșterea concentrației de MNPs. Rezultatele sunt discutate în contextul unor gradienți de câmp magnetic de ordinul 3×10^-4 T/m generați local de către MNPs în celule.

Abstract this graphic:

Faza nr. 5

Responsabil: Dr. A. Matei

Termen de predare: 12.04.2019

Title: „Creşterea şi caracterizarea de filme subțiri de montmorilonit prin tehnici laser”

Abstract: Scopul acestei etape a fost obținerea filmelor subțiri de montmorilonit (MMT) ca suprafețe active pentru aplicații ulterioare în absorbția poluanților organici și anorganici din apele reziduale.
Montmorilonitul este un material lamelar, făcând parte din grupul smectitelor. Proprietățile unice, cum ar fi o suprafață mare activă din punct de vedere chimic, o capacitate mare de schimb cationic (CEC), suprafețe interlamelare cu caracteristici neobișnuite de hidratare (MMT îşi poate crește volumul de mai multe ori în prezența apei), se datorează structurii cristaline şi compozitiei chimice. Depunerea laser pulsată (PLD) și evaporarea laser pulsată asistată de o matrice (MAPLE) sunt tehnicile folosite pentru depunerea filmelor subțiri de montmorilonit. Parametrii de depunere, în special lungimea de undă a laserului şi fluența laser joacă un rol important în compoziția și morfologia filmelor. Topografia probelor a fost investigată prin AFM şi SEM, iar caracterul hidrofil a fost pus în evidentă în urma măsurărilor de unghi de contact. Analizele structurale s-au făcut prin XRD, EDX şi XPS. Structura chimică a fost investigată prin spectroscopie FTIR. S-au obținut filme aderente şi compacte; stoichiometria filmelor poate fi controlată prin varierea parametrilor experimentali esențiali (lungime de undă/ fluență/ metodă laser). Filmele depuse prin tehnici laser sunt hidrofile, cu unghiuri de contact ce pot ajunge sub 10°.

Abstract this graphic:

Faza nr. 6

Responsabil: Dr. C. Ristoscu

Termen de predare: 15.05.2019

Title: „Substraturi tip implant funcționalizate cu apatită biomimetică prin metode laser”

Abstract: În această fază raportăm obținerea prin evapoarare laser pulsată asistată de o matrice (Matrix-Assisted Pulsed Laser Evaporation (MAPLE)) de straturi subțiri nanocristaline de apatită biomimetică pe substraturi de titan cu potențiale aplicații în ingineria tisulară. Ţintele criogenice au fost obținute din pulberi de apatită slab cristalizată, nanometrică, metastabilă, analoagă osului mineral, obținute printr-un procedeu de sinteză biomimetică prin descompunere dublă. Pentru depunerea unui strat am folosit o sursă laser cu excimeri KrF* (λ= 248 nm și τ_FWHM ≤25 ns). Analizele au evidențiat existența în pulberile obținute a unei mineralizări de tip labil non-apatitic, asociat cu formarea unui strat hidrat pe suprafața nanocristalelor. Investigatiile asupra filmelor subțiri au arătat că natura chimică şi structurală a pulberilor a fost păstrată după transferul prin MAPLE. De asemenea, comportamentul non-apatitic a fost conservat. Prin acest studiu am demonstrat că tehnica MAPLE este potrivită pentru transferul congruent a materialelor delicate, cum este nanohidroxiapatita biomimetică hidratată.

Abstract this graphic:

Faza nr. 7

Responsabil: Dr. C. Gheorghe

Termen de predare: 14.05.2019

Title: „Investigarea emisiei în vizibil a ionilor Tb³⁺ si Tb³⁺‐Yb³⁺ în monocristale laser şi ceramici de tip CNGG”

Abstract: Investigaţii spectroscopice pe ionii Tb³⁺ şi Tb³⁺‐Yb³⁺ dopati cu monocristale şi ceramici de tip Ca₃(Nb,Ga)₅O₁₂ (CNGG) au fost efectuate în scopul evaluării ca materiale laser şi fosfori pentru emisie în vizibil, pentru prima dată. Monocristalele de tip Tb:CNGG şi Tb‐Yb:CNGG au fost crescute prin metoda Czochralski, iar probele ceramice au fost obţinute prin metoda reacţiei în stare solidă. Toate probele au fost investigate din punct de vedere spectroscopic. Pe baza spectrelor de absorbţie şi emisie la temperaturi joase a fost obţinută o schemă parţială de nivele pentru Tb³⁺ în CNGG. S‐au studiat procesele de transfer de energie (TE) în probele ceramice de CNGG dopate cu ioni Tb, Yb. Au fost evaluate schemele de emisie cu potenţial aplicativ în cazul materialelor investigate.

Abstract this graphic:

Faza nr. 8

Responsabil: Dr. A. Popescu

Termen de predare: 14.06.2019

Title: „Gravare laser în relief prin placare laser”

Abstract: Această cercetare a presupus inscripţionarea unor obiecte metalice cu caractere în relief prin placare laser. Montajul experimental pentru realizarea acestor experimente a constat dintr-un distribuitor de particule, o sursa laser IR de mare putere şi un braţ robotic. Echipa a reuşit atingerea acestui obiectiv şi a obţinut atât caractere goale cât şi umplute cu material metalic, logouri şi trasee complexe. Materialul ales pentru aceste experimente a fost Ti₆Al₄V. S-au utilizat două tipuri de substraturi, unul din grafit şi altul metalic din Ti. Depunerile pe grafit au fost grosiere şi au avut aderenţă redusă, însă pe substratul de metal rezoluţia a crescut semnificativ. Pentru a umple caracterele cu metal, pentru braţul robotic s-a trasat o mişcare de tip meandră, cu distanţe între linii cuprinse în domeniul 0.2-2 mm, producând diferite grade de fineţe pentru textura materialului de umplere. O separare de 0.1 sau 0.2 mm între linii a produs o fineţe crescută a umplerii, dar a cauzat acumularea de metal la marginile meandrei, unde robotul încetineşte pentru a schimba direcţia de mişcare. Lungimea minimă a caracterelor a fost de 10 mm, aproximativ egală cu grosimea liniei depuse. La cealaltă extremă, dimensiunea maximă a inscripţionării prin placare laser a fost de ordinul 1 m, limitată de lungimea braţului robotului. Astfel de marcaje laser cu materiale metalice îşi pot găsi utilizarea în publicitate, artă, dar şi în industrie pentru marcarea unor piese, inscripţionarea de coduri sau crearea de elemente de securitate.

Abstract this graphic:

Faza nr. 9

Responsabil: Dr. T. Acsente

Termen de predare: 14.06.2019

Title: „Optimizarea procesului MSGA (pulverizare magnetron şi agregare în flux de gaz) în vederea controlului dimensiunii nanoparticulelor de W şi a stabilizării ratei de depunere”

Abstract: În cadrul INFLPR (Laboratorul Plasmă de Temperatură Joasă, grupul Procese în Plasmă pentru Materiale Funcţionale şi Suprafeţe) a fost implementat în anii precedenţi un sistem experimental pentru producerea nanoparticulelor de W folosind o metodă bazată pe plasmă: împrăştiere magnetron şi condensarea vaporilor metalici în flux de gaz inert (MSGA). Nanoparticulele de W produse prin această metodă au fost şi sunt în continuare folosite în cercetări de fuziune nucleară în care este implicat INFLPR. Operarea sursei de nanoparticule de tip MSGA în Ar pentru producerea nanoparticulelor de W are un dezavantaj major: rata de sinteză a nanoparticulelor scade la zero într-un interval finit de timp (maxim 30 minute), limitând cantitatea de nanoparticule produse într-o şarjă de depunere. În urma studiilor efectuate în această etapă s-a implementat o metodă experimentală prin care se elimină acest dezavantaj. Metoda are la bază introducerea intenţionată şi controlată a unui gaz (H₂) în descărcarea magnetron pe lângă gazul principal de lucru (Ar), pentru a stimula procesul de nucleaţie al nanoparticulelor de W. Această procedură experimentală asigură o rată de depunere constantă în timp a nanoparticulelor, mai mare decât cea obţinută doar în Ar. De asemenea, se păstrează caracterul metalic al nanoparticulelor sintetizate.Tot în această etapă de proiect a fost efectuat un studiu parametric al procesului de sinteză al nanoparticulelor de W. În timpul studiului au fost produse mostre de nanoparticule care au fost investigate prin microscopie electronică SEM, în vederea determinării distribuţiei dimensiunilor nanoparticulelor pe fiecare probă. În urma investigaţiilor a fost stabilită o corelaţie între parametrii consideraţi şi dimensiunile nanoparticulelor sintetizate. În acest mod s-a stabilit o modalitate de control eficientă a dimensiunii nanoparticulelor prin modificarea adecvată a unui parametru experimental (presiunea în sursa MSGA) şi/sau a unuia constructiv (diametrul duzei extractive a sursei MSGA).

Abstract this graphic:

Substratul pe care se depun nanoparticule de W se deplasează prin faţa sursei MSGA cu viteza de 0.1 mm/s (vezi fotografia substratului).
Descărcarea magnetron operată doar în Ar duce la reducerea ratei de depunere a nanoparticulelor de W în 90 s de la începerea procesului (vezi pata în formă de sămânţă în zona a-b pe substrat).
Introducerea H₂ în proportie de 5% în descărcarea magnetron duce la revigorarea procesului de sinteză a nanoparticulelor (vezi zona c-d pe substrat).

Faza nr. 10

Responsabil: Dr. C. Achim

Termen de predare: 12.07.2019

Title: „Spectroscopia în infraroșu pentru evaluarea calității plantelor și fructelor”

Abstract: În ultimele decenii, odată cu dezvoltarea rapidă a economiei și îmbunătățirea nivelului de trai, consumul de fructe a crescut semnificativ, consumatorii având așteptări mari privind calitatea fructelor. Cu toate acestea, multe atribute ale calității fructelor, sunt încă testate folosind abordări tradiționale care sunt fie subiective, fie consumatoare de timp, astfel încât modul de evaluare al fructelor într-un mod nedistructiv și rapid a devenit important pentru cercetare.
Cercetătorii din întreaga lume au investigat potențialul diferitelor tehnologii, inclusiv tehnicile acustice, tehnicile spectroscopice și „nasurile” electronice, pentru evaluarea calităților fructelor. Dintre toate aceste tehnologii, tehnicile spectroscopice au atras atenția pentru avantajele prezentate.
Spectroscopia în IR joacă un rol foarte important în evaluarea unui număr mare de gaze (etanol, amoniac, dioxid de carbon, etilenă etc.) eliberate de plante, flori și fructe supuse unor factori externi. Cercetările din această raportare de fază, au folosit un dispozitiv de detecție, capabil să monitorizeze și să măsoare concentrațiile de gaze până la părți pe miliard, pe baza selectivității unei surse laser cu CO₂. Acest lucru este semnificativ deoarece rezultatele experimentale pot reprezenta o aplicație interesantă pentru o nouă tendință emergentă: calitatea alimentelor.
Impactul expunerii la metale grele la niveluri tipice găsite în/pe alimente sunt mai greu de stabilit, astfel încât pre-evaluarea alimentelor este necesară înainte de ingerare. S-a demonstrat că etilena este metabolizată în oxid de etilenă, în conformitate cu Agenția Internațională pentru Cercetarea Cancerului, etilenoxidul fiind cancerigen.
Conceptul de fază propus, s-a concentrat pe acei factori de stres care pot modifica calitatea alimentelor evaluându-se un număr mare de gaze din respirația plantelor, florilor și fructelor expuse condițiilor biotice/abiotice cu ajutorul spectroscopiei în IR.

Abstract this graphic:

Faza nr. 11

Responsabil: Dr. E. Axente

Termen de predare: 12.07.2019

Title: „Proiectare, caracterizare şi testare a unei platforme pentru controlul curgerii în dispozitive microfluidice – Partea I (Proiectarea)”

Abstract: În cadrul acestei etape a proiectului, am propus şi realizat design-ul unei platforme microfluidice inovative, atât într-o variantă de bază, cât şi una complexă. Am descris principalele componente şi caracteristicile acestora, şi am expus principalele cerinţe pentru realizarea de platforme de perfuzare performante pentru aplicaţii biomedicale. Dintre acestea, amintim: debite de curgere stabile şi fără pulsaţii, timp de răspuns mic (< 10 ms), posibilitatea modificării debitelor de curgere în domeniul nL/min – mL/min, posibilitatea introducerii secvenţiale a unor lichide diferite, crearea unor regimuri de curgere care să reproducă condiţiile fiziologice, posibilitatea opririi instantanee a curgerii pentru investigaţii. Au fost descrise o gamă largă de aplicaţii posibile, ca de exemplu: culturi celulare în biochip-uri, teste biologice la nivelul unei singure celule, investigarea răspunsului celular ca urmare a modificărilor de mediu, eliberarea controlată de medicamente, studii în condiţii de bioreactor, teste de citotoxicitate, imagistică celulară în regim dinamic în timp real, culturi celulare 3D, investigaţii pe celule stem, dar şi sinteza chimică în dispozitive microfluidice, analize spectrochimice şi biochimice, biodetecţie şi biosenzoristică, generarea şi manipularea de micro-picături în chip, optofluidică. Am realizat designul unui biochip microfluidic pentru investigarea curgerii şi transportului de biomolecule cu concentraţii diferite. A fost creat un design experimental în silico, pentru perfuzarea controlată a dispozitivului microfluidic. Putem astfel să simulăm difuzia moleculelor într-un mediu sau transportul acestora sub influenţa anumitor parametri precum temperatură, presiune, debit, flux, concentraţie etc. Considerăm că obiectivele propuse au fost pe deplin realizate şi am oferit premisele continuării unui proiect ce reprezintă o abordare nouă în domeniul de cercetare-dezvoltare din ţară.

Abstract this graphic:

Etapa a II-a

Faza nr. 11b

Responsabil: Dr. E. Axente

Termen de predare: 13.09.2019

Title: „Proiectare, caracterizare şi testare a unei platforme pentru controlul curgerii în dispozitive microfluidice – Partea II (Caracterizarea şi testarea)”

Abstract: În cadrul acestui proiect, am realizat design-ul unei platforme microfluidice inovative, atât într-o variantă de bază, cât şi una complexă, cât şi caracterizarea şi testarea acesteia pentru curgerea controlată a două lichide diferite. De asemenea, am realizat un protocol tehnologic pentru micro-fabricarea unui dispozitiv microfluidic hibrid (sticlă – PDMS), ce poate fi utilizat în amestecarea controlată a lichidelor. Biochipul a fost asamblat şi conectat la platforma de perfuzare, iar apoi a fost testat în condiții de curgere specifice.
Mai mult, am investigat prin spectrofotometrie UV-Vis diverse soluții biologic relevante, ca de exemplu: ser fetal bovin, mediu celular, apă şi diluții ale acestora. Am efectuat măsurări pentru 11 concentrații diferite ale fiecărei soluții, urmărindu-se identificarea valorii maxime a absorbanţei pentru fiecare concentrație. Scopul acestor studii a fost trasarea curbelor de calibrare, ce vor fi utilizate ca şi referință pentru determinarea in situ şi în timp real a concentrațiilor unor soluții perfuzate prin dispozitivele microfluidice. Posibilele aplicații se referă la amestecarea controlată a două lichide biologice ce conțin concentrații egale sau diferite de medicamente pentru aplicații biomedicale sau pentru sinteza de nanomateriale noi prin realizarea de reacții chimie controlate în chip.

Abstract this graphic:

Faza nr. 12

Responsabil: Dr. A. Petriş

Termen de predare: 13.09.2019

Title: „Procese neliniare de ordinul trei excitate în cristale de GaN de pulsuri laser ultrascurte”

Abstract: Nitrura de galiu (GaN) este un material semiconductor binar III / V cu bandă interzisă directă şi largă (Eg= 3,39 eV), important pentru fotonică datorită proprietăţilor sale optice (liniare şi neliniare), chimice, mecanice şi posibilităţii de integrare cu Si.
Energia fotonilor la lungimea de undă λ = 1550 nm, utilizată în studiul realizat, Eph = 0,8 eV, este de peste patru ori mai mică decât banda interzisă a cristalului GaN. La această lungime de undă nu numai absorbţia de un foton, ci şi procesele de absorbţie de doi şi trei fotoni nu pot excita tranziţii rezonante în GaN. Ca urmare, neliniaritatea optică excitată în GaN de pulsuri de femtosecunde la λ = 1550 nm este nerezonantă. In acest caz, răspunsul optic neliniar de origine electronică, responsabil de generarea armonicii a treia este produs prin procese care implică nivele virtuale de energie, fiind extrem de rapid (timp de răspuns < 1 fs).
In acest studiu am investigat neliniaritatea optică de ordinul trei ultrarapidă a unui cristal de GaN, excitată cu pulsuri laser ultrascurte (120 fs), cu rata de repetiţie mare, la lungimea de undă de 1550 nm, printr-o metodă optică directă, generarea armonicii a treia. In pofida posibilităţii de apariţie a efectelor neliniare cumulative termo-optice (datorate ratei mari de repetiţie a pulsurilor laser ultrascurte), acestea nu pot fi responsabile de generarea armonicii a treia, efectul optic neliniar ultrarapid de origine pur electronică fiind singurul implicat în acest proces. Astfel, generarea armonicii a treia optice este o metodă importantă de investigare a răspunsului neliniar ultrarapid, permiţand determinarea directă a susceptibilităţii optice neliniare de ordinul trei, datorată exclusiv proceselor electronice induse de lumină în materialul investigat.
Generarea armonicii a treia în GaN s-a făcut utilizand un montaj experimental de laborator realizat de noi. Puterile optice foarte mici ale armonicii a treia (~ pW) au fost măsurate implementând o metodă de măsurare propusă de noi, cu o cameră foto uzuală utilizată ca powermetru ultrasensibil prin calibrarea acesteia cu o procedură specială introdusă de noi.
Am determinat parametrii neliniarităţii refractive de ordinul trei ai cristalului de GaN – susceptibilitatea optică neliniară de ordinul trei şi indicele de refracţie neliniar corespunzător.
Studiul răspunsului optic neliniar de ordinul trei al GaN este important atât pentru investigarea proceselor de interacţiune lumină – material, cât şi pentru functionalităţi fotonice bazate pe procesele optice neliniare excitate de lumină.

Abstract this graphic:

Dependenţa experimentală a intensităţii armonicii a treia ITH generată în cristalul de GaN de intensitatea IFH a fasciculului fundamental incident (λ = 1550 nm, τ ~ 120 fs), fitată cu un polinom de gradul trei. Puterea medie foarte mică (~pW) a fasciculului TH este măsurată prin prelucrarea imaginilor spotului laser al armonicii, achiziţionate cu o cameră uzuală, special calibrată cu o procedură introdusă de noi.
Inset: imaginea spotului fasciculului TH pentru IFH=2.29 GW/cm² şi un timp de expunere de 0,96 ms.

Faza nr. 13

Responsabil: Dr. C. Surdu-Bob

Termen de predare: 14.10.2019

Title: „Sinteza şi caracterizarea straturilor cu conţinut de nitrură de carbon folosind o plasmă anodică de înaltă tensiune”

Abstract: Prin implementarea proiectului s-a urmărit explorarea capabilităţilor noii surse de plasma C-HVAP în ceea ce priveşte obţinerea controlată a formelor alotrope dorite ale nitrurilor de C.
Interesul pentru acopririle de nitrură de carbon se datorează proprietăţilor fizice, mecanice, electrice, optice şi optoelectronice de excepţie ale acestui tip de material, precum şi datorită stabilităţii acestor proprietăţi chiar şi în condiţii extreme de temperatură, coroziune chimică şi umiditate.
În această etapă a fost studiată posibilitatea realizării de depuneri de straturi subţiri cu conţinut de nitrură de carbon. Pentru aceasta, s-au realizat o serie de configuraţii ale electrozilor sursei Compound-High Voltage Anodic Arc Plasma (C-HVAP) şi s-a studiat influenţa parametrilor de depunere (parametri electrici, flux de gaz) asupra compoziţiei acestora. Straturile au fost caracterizate optic şi de asemenea, s-a măsurat duritatea acestora. Compoziţia straturilor a fost determinată cu XPS.
Analiza compoziţiei straturilor a permis observarea unei diferenţe majore între configuraţiile de electrozi utilizate. În cazul folosirii plasmelor de azot şi carbon localizate, cantitatea de legături chimice azot-carbon nu a depăsit 3% din totalul legăturilor C, N şi O, în timp ce configuraţia în care doar plasma de carbon este localizată a dat straturi cu conţinut de azot între 10 şi 28%. Spectrele XPS au evidenţiat existenţa atât a legăturilor triple βC₃N₄ cât şi a celor duble C₃N₄ grafitice (C=N), în proporţii diferite în funcţie de condiţiile experimentale. În concordanţă cu compoziţia, duritatea măsurată cu o apăsare de 10 g a straturilor polimorfe obţinute pe substrat de Si a ajuns până la 1081 HV, în timp ce cea a substatului a fost de 840 HV. Menţionăm că straturile obţinute în configuraţia în care numai plasma de carbon este localizată contin impurităţi de diverse metale, cel mai probabil provenite de pe suprafeţele din incinta de vid, precum şi cantităţi de oxigen semnificative.
Masurările de transmisie UV-viz arată spectre similare ale straturilor din cadrul aceleiaşi configuraţii de electrozi, variaţiile de intensitate fiind numai legate de grosime. Aliura spectrelor de transmisie în IR pentru probele din configuraţia cu surse localizate sugerează existenţa legăturilor C-O şi/sau C-N precum şi a legăturilor C=N.
În concluzie, s-au obţinut cu sursa de plasmă C-HVAP pentru prima dată straturi CNx cu conţinut de βC₃N₄, cu menţiunea existenţei impurităţilor de metal. Cercetările viitoare vor fi îndreptate către îmbunătăţirea sursei în vederea eliminării acestor impurităţi din compoziţia starturilor CNx şi de asemenea, pentru mărirea conţinutului de βC₃N₄.

Abstract this graphic:

Faza nr. 14

Responsabil: Dr. L. Gheorghe

Termen de predare: 14.10.2019

Title: „Dezvoltarea de cristale Nd:LGSB pentru emisie laser eficientă în domeniul spectral 1µm. Ceramici transparente de tip granat dopate cu ioni de pământuri rare pentru infraroşu apropiat”

Abstract: A. Monocristale La_0.64Gd_0.41Sc_2.95(BO₃)₄ – LGSB dopate cu 5.0 at.% ioni Nd³⁺ (Nd:LGSB) au fost crescute din topitură prin metoda Czochralski, pentru prima dată la nivel internaţional după cunoştintele noastre. Compoziţia materiei prime (compoziţia iniţială a topiturii), vitezele de tragere şi rotaţie, direcţia de creştere, precum şi rata de răcire a cristalelor până la temperatura camerei au fost optimizate, iar compoziţia chimică a cristalelor crescute a fost determinată ca fiind La_0.721Nd_0.046Gd_0.452Sc_2.781(BO₃)₄. Cristalele obţinute au dimensiuni de 10 – 12 mm în diametru şi 25 – 30 mm în lungime, sunt de calitate optică foarte bună, nehigroscopice şi stabile din punct de vedere chimic. Proprietăţile optic neliniare (NLO) şi spectroscopice ale cristalelor crescute au fost determinate, iar performanţele laser în regim quasi-continuu (durată a pulsului de 250 μs şi rata de repetiţie de 2 Hz) au fost de asemenea evaluate. Au fost investigate două probe, neacoperite antireflex, orientate paralel şi respectiv perpendicular pe direcţia axei c a cristalului, cu apertura de aproximativ 3.0 × 3.0 mm² şi grosimi de 6.14 mm şi respectiv 2.96 mm. Pentru ambele probe s-a obţinut emisie laser la λ_em = 1061.97 nm (Δλ_em = 1.59 nm) cu eficientă foarte bună. Cea mai mare pantă a eficienţei (η_sa) a fost obţinută pentru oglinda cu transmisie T = 5%, iar valorile obţinute sunt de 71% şi respectiv 73% (în raport cu energia absorbită), pentru proba orientată paralel şi respectiv perpendicular pe direcţia axei c a cristalului, dovedind calitatea foarte bună a cristalelor Nd:LGSB crescute.
B. La nivel național, au fost obținute pentru prima dată ceramici policristaline transparente de tip granat
1.0 at.% Nd:YAG și 5.0 at.% Yb:YAG cu simetrie cubică, prin reacție în fază solidă și proces de sinterizare în vid. Investigațiile structurale, morfologice și optice confirmă posibilitatea utilizării acestora ca medii laser ceramice pentru generarea de emisie laser în NIR.

Abstract this graphic:

Faza nr. 15

Responsabil: Dr. V. Dincă

Termen de predare: 14.10.2019

Title: „Dezvoltarea de bio‐platforme biocompatibile micro şi nanostructurate pentru studiul efectului topografiei asupra celulelor mamaliene ‐obţinerea şi analiza morfologică şi structurală de substraturi structurate prin ablaţie/texturare laser”

Abstract: Obţinerea şi analiza de suprafeţe microstructurate polimerice care să poată duce la o înţelegere a factorilor extracelulari asupra răspunsului celular in vitro, are o importanţă deosebită în aplicaţiile biomedicale, mai ales în cazul dispozitivelor implantabile. Este esenţial să înţelegem modul în care caracteristicile materialului pot influenţa răspunsul celular, implicit acceptarea sau respingerea implantului. Aşa numitele suprafeţe biomimetice obţinute artificial pot avea impact şi în biologia celulară, prin înţelegerea mecanismelor care duc la adeziune, apoptoza celulară. Aşadar, caracteristicile materialelor, dar mai ales ale suprafeţei, trebuie corelate atât cu tipul de celulă, cât şi cu aplicaţia urmărită. Metodele de micro- şi nano-fabricare oferă beneficii în dezvoltarea topografiilor 2D sau 3D în abordarea provocărilor actuale în ingineria tisulară. Producerea unor astfel de suporţi cu topografie variabilă prezintă interes pentru studiul influenţei proprietăţilor substratului asupra funcţiilor celulare, conducând comunitatea știinţifică la dezvoltarea recentă de noi tehnici de microfabricare de substraturi (ex. litografia, replicarea, texturarea laser, etc). In acest context obiectivul acestei faze a urmărit obţinerea de suprafeţe micro structurate multidimensionate în policarbonat prin ablaţie folosind un laser cu excimer asistat de măşti cu atenuare variabilă. Au fost obţinute şi caracterizate suprafeţe microstructurate polimerice pentru a fi folosite în studiul efectului caracteristicilor de suprafaţă asupra răspunsului celulelor mamaliene. Rezultatele prezentate au arătat că microtopografia substratului este un factor important în răspunsul celular, oferind perspective interesante în ceea ce priveşte folosirea topografiei pentru proiectarea viitoarelor sisteme de inginerie tisulară, dar şi pentru studiul mecanismelor celulare în timpul dezvoltării normale şi/sau progresiei tumorale.

Abstract this graphic:

Faza nr. 16

Responsabil: Dr. N. Scărişoreanu

Termen de predare: 14.11.2019

Title: „Investigarea proprietăţilor fizico-chimice prin experimente de pompaj cu laseri cu pulsuri ultrascurte ale micro-nanostructurilor obţinute în condiţii de constrângeri structurale şi chimice.”

Abstract: În cadrul acestei faze au fost obţinute straturi subţiri şi heterostructuri de materiale dielectrice care au fost investigate din punct de vedere morfologic, optic şi dielectric. Din punct de vedere morfologic au fost constatate diferenţe notabile între diversele tipuri de straturi subţiri dielectrice, cu variaţia valorii RMS de la 0.7 nm până la 17 nm. Din punct de vedere al indicelui de refracţie se obţin valori comparabile cu literatura de specialitate pentru toate cele trei materiale dielectrice, iar din punct de vedere al coeficientului de extincţie în cazul filmului de TiO₂ acesta este mare în regiunea de lungimi de undă mici (valori perfect normale deoarece TiO₂ atât în structura rutile cât şi în structura anatase prezintă o valoare a benzii interzise de 3.23 eV). În ceea ce priveşte filmele de YSZ şi HfO₂, absorbţia optică (coeficientul de extincţie) este mică pe tot intervalul măsurat, cu o uşoară creştere la lungimi de undă din zona ultraviolet. Heterostructurile de HfO₂/YSZ au prezentat un comportament dielectric superior straturilor individuale, dispersia în frecvenţă a constantei dielectrice şi a pierderilor dielectrice apărute cu creşterea frecvenţei câmpului electric aplicat sugerează existenţa unor defecte structurale intrinseci care conduc la creşterea curenţilor de scurgere. Acelaşi comportament a fost observat şi în cazul straturilor subţiri dielectrice individuale. Testele efectuate pentru determinarea pragului de ablaţie laser au arătat valori mai ridicate ale pragului de distrugere în cazul testelor făcute cu durate de puls de ordinul ns datorate unei intensităţi de energie mai mici aplicate la nivelul filmelor subţiri, în comparaţie cu pulsurile de fs. Cea mai ridicată valoare a pragului de distrugere a fost obţinută pentru heterostructura de oxid de hafniu depusă pe oxid de zirconiu stabilizat cu ytriu, pentru care s-au obţinut valori de 0.82 J/cm².

Abstract this graphic:

Faza nr. 17

Responsabil: Dr. G. Socol

Termen de predare: 14.11.2019

Title: „Dezvoltarea unui dispozitiv inovativ cu fibră optică bazat pe rezonanță plasmonică de suprafață (FO-SPR) pentru monitorizarea în timp real a interacţiilor bio-/moleculare”

Abstract: Plasmonii de suprafață (SP) sunt unde electromagnetice care se formează de-a lungul unei interfețe plasmonice, dintre un film subțire metalic (eg. aur) și un mediu dielectric (soluția de analizat). Dispozitivele bazate pe rezonanța plasmonilor de suprafață (SPR) sunt instrumente optice bine-cunoscute, cu o mare aplicabilitate în biodetecţie deoarece permit monitorizarea în timp real a interacțiunilor biochimice. Biosenzorii SPR bazați pe fibră optică (FO) au fost introduși recent ca o alternativă la sistemele clasice SPR bazate pe prismă optică, aducând avantaje cum ar fi simplitatea, portabilitatea și reducerea costurilor. Așadar, fibra optică acoperită cu un film subțire de aur este folosită pentru a transporta lumina către interfața plasmonică. Orice eveniment care are loc la această interfață (eg. interacţia dintre un receptor şi molecula ţintă) va declanșa o modificare a semnalului SPR, ce poate fi procesată mai departe într-un grafic.
În cadrul acestui proiect s-a dezvoltat o astfel de platformă de detecţie FO-SPR cu o sensibilitate de 1877 nm/RIU şi care a fost folosită cu succes la monitorizarea în timp real a interacţie dintre o coenzimă şi proteina specifică. Potențialul acestui dispozitiv va fi evaluat prin implementarea unor abordări noi bazate pe schimbarea stării suprafeței plasmonice a senzorului FO-SPR, pentru a ridica această tehnologie la noi nivele de performanță, portabilitate și aplicații.

Abstract this graphic:

Faza nr. 18

Responsabil: Dr. B. Mitu

Termen de predare: 14.11.2019

Title: „Abordări privind sinteza prin tehnici combinate cu plasmă de materiale nanocompozite pe bază de matrici polimerice pentru aplicatii biomedicale”

Abstract: În prezenta fază s-a urmărit sinteza prin tehnici combinate cu plasmă a unor materiale nanocompozite de tip metal-polimer. Combinația investigată a fost de tip Ag-carbon amorf fluorurat, cunoscute fiind proprietățile antimicrobiene ale argintului, cu precădere în stare de nanoparticule, respectiv proprietățile antifouling ale materialelor fluorurate, care împiedică aderarea celulelor bacteriene la substrat și formarea de biofilm. În combinația prezentată, argintul s-a obținut prin metode de depunere fizică din fază de vapori, respectiv prin pulverizare magnetron clasică dar și în versiunea mai modernă, cu agregare în gaz a particulelor. Pentru obținerea materialului polimeric cu rol de matrice în materialele nanocompozite investigate, respectiv a variantelor de carbon amorf fluorurat, au fost utilizate fie tehnica de pulverizare magnetron din țintă PTFE, fie metoda depunerii chimice din fază de vapori asistată de plasmă, abordându-se ca variante experimentale depunerea folosind drept amestec de precursori Ar/CH4/SF6, sau un proces combinat de depunere în amestec Ar/CH4 și tratament în plasmă Ar/SF6 pentru fluorurarea carbonului amorf hidrogenat inițial. Rezultatele relevă obținerea argintului nanostructurat cu dimensiuni în domeniul nanometrilor și distribuție îngustă de tip log normal, în timp ce variații semnificative de compoziție în funcție de metoda de sinteză utilizată se obțin în special la nivelul materialului carbonic fluorurat.

Abstract this graphic:

a) AgNP obținute prin tehnica pulverizării magnetron cu agregare în gaz, pe support de Si – dimensiuni în domeniul 5-20 nm

b) Ag NP prezente pe suprafața filmului a-CF obținute prin pulverizare magnetron clasică, dimensiune tipică 10 nm.

Investigații prin Microscopie de Forță Atomică (AFM) ale topografiei suprafeței materialelor
nanocompozite ce relevă prezența nanoparticulelor de Ag

a) Cazul materialului a-CF obținut prin pulverizare magnetron din țintă PTFE, care relevă legături chimice de tip C-C şi preponderent de tip CFx.

b) Cazul materialului a-CF obținut prin depunere chimică din fază de vapori asistată de plasma din amestec Ar/CH4 şi tratament Ar/SF6, care relevă legături chimice de tip preponderent C-C, dar și a legăturilor CFx și cu oxigenul.

Determinări ale compoziției chimice ale materialelor de tip carbon amorf fluorurat prin
Spectroscopie de fotoelectroni excitați cu raze X (XPS)

Faza nr. 19

Responsabil: Dr. N. Pavel

Termen de predare: 9.12.2019

Title: „Influența distribuției spațiale a fasciculelor laser asupra aprinderii diferitelor amestecuri de combustibili. Posibilități de utilizare a fibrelor optice şi laserilor cu fibră optică in aprinderea cu laser. Pulsuri ultrascurte cu aplicații in industrie şi medicină”

Abstract: În această fază de contract sunt raportate rezultate ale unor experimente de aprindere cu laser a amestecului combustibil aer-CH₄ (metan), cu concentrație stoichiometrica (λ∼1), sărăcit în CH₄ (λ∼1.1 până la 1.6) dar şi cu concentrație ridicată de CH₄ (λ∼0.9). Aprinderea s-a făcut într-o cameră statică cu volumul de 0.2 dm³, presiunea inițială de încărcare a camerei fiind de 1 bar. Aprinderea s-a făcut cu un dispozitiv tip bujie laser, într-un singur punct, dar şi cu un laser cu patru fascicule, acestea fiind focalizate în patru poziții diferite. Pentru fiecare experiment au fost înregistrate curbele de presiune. S-au determinat limitele amestecului aer-CH₄ pentru care aprinderea cu laser a putut fi realizată. Al doilea set de experimente se referă la operarea laser în regim de ‘quasi-mode-locking’ (QML) şi ‘continuous mode-locking’ (CML) a unui mediu activ Nd:LGSB (4.6-at.% Nd, grosime de 3 mm), pompat cu dioda laser la 807 nm. Pulsurile laser în regim CML au avut durata de 1.43 ps şi energia de 1.63 nJ la o rată de repetiție de 118 MHz; puterea medie a fost de 0.19 W. Al treilea set de rezultate descrie emisia laser obținută de la o fibră optică dopată cu Yb, YDCF-Yb-30/250P-FAC (CorActive High-Tech, Inc., Canada) cu partea centrală activă având diametrul de 30 μm şi manta sub formă de octoedru regulat cu diametrul de 250 μm. Au fost determinate performantele emisiei laser în regim de pompaj quasi-continuu, la diferite lungimi ale fibrei. O fibră cu lungimea de 1.2 m a emis pulsuri laser cu energia E_p= 7.85 mJ pentru o energie absorbită a pulsului de pompaj E_abs= 14.4 mJ (adică cu o eficiență optică, în funcție de E_abs, de η_oa∼0.54); panta emisiei laser, în funcție de E_abs, a fost η_sa∼0.63.

Abstract this graphic:

Faza nr. 20a

Responsabil: Dr. I. Tiseanu

Termen de predare: 14.11.2019

Title: „Analiza cantitativă a caracteristicilor pulberilor metalice și a porozității componentelor realizate prin manufacturare aditivată prin microtomografie de raze X și procesare de imagini. Comparație cu analiza 2D a imaginilor metalografice – partea I – Analiză cantitativă”

Abstract: Principalele obiective ale fazei au constat în dezvoltarea metodologiei de aplicare a tomografiei de raze X și a procesărilor de imagini asupra eșantioanelor rezultate în urma tuturor etapelor de manufacturare aditivă bazată pe procesarea laser a pulberilor metalice.
În prima etapă au fost analizate din punct de vedere calitativ şi cantitativ pulberile metalice folosite în manufacturarea aditivată cu laser de mare putere prin care au fost identificate neconformităţi de formă şi compoziţie precum şi distribuţia detaliată a particulelor după formă şi volum. Cunoaşterea caracteristicilor micro-morfologice ale particulelor din pulberea metalică este foarte utilă în optimizarea procesului de fabricare.
În a doua etapă, tomografia de raze X a fost aplicată şi ca metodă de prototipare rapidă prin iterarea comparaţiilor dintre modelul CAD iniţial şi modelul 3D reconstruit. Astfel, au fost identificate abaterile de dimensiuni de la modelul CAD al piesei, precum şi gradul de umplere al probelor, care prin metode optice clasice sunt aproape imposibil de determinat.
Adiţional, a fost propusă şi testată o metodă de asistare prin tomografie de raze X a tehnologiei de reconstrucţie a componentelor industriale prin placare laser. Prin scanarea tomografică de mare rezoluţie se identifică modelul CAD al regiunilor de interes din piesă cu defecte care serveşte ca dată de intrare în procedeul de placare laser. Monitorizarea calităţii procesului de restaurare se face tot prin tomografie 3D, prin punerea în evidenţă a defectelor de tip pori, lipsă de aderenţă, incluziuni în tot volumul probei.
În final, s-a demonstrat superioritatea controlului nedistructiv prin tomografie industrială în raport cu metoda de analiză metalografică. Au fost realizate comparaţii între secţiunile tomografice 2D şi imaginile metalografice echivalente. A fost evidenţiat faptul că procesarea distructivă şi laborioasă a probei realizată în vederea investigării optice determină pierderi de informaţii asupra defectelor de mici dimensiuni.

Abstract this graphic:

Faza nr. 21

Responsabil: Dr. M. Demeter

Termen de predare: 14.11.2019

Title: „Hidrogeluri polimerice biodegradabile cu proprietăți superabsorbante pentru aplicații în medicina regenerativă”

Abstract: În această etapă a proiectului, au fost obținute hidrogeluri superabsorbante din polimeri biodegradabili pe bază de colagen, PVP și PEO, care pot fi utilizate ca pansamente pentru vindecarea țesuturilor moi lezate. Amestecul de polimeri a fost reticulat cu fascicule de electroni, în atmosferă inertă de argon. Hidrogelurile obținute au fost caracterizate din punct de vedere fizico-chimic prin: analiza sol-gel, randamentele radiochimice de reticulare și de degradare, determinarea gradului de gonflare și stabilitate în medii fiziologice simulate, cinetică de gonflare în apă deionizată, analiză reologică și determinarea parametrilor de structură specifici unui hidrogel (masa moleculară dintre două puncte de reticulare, MC; dimensiunea ochiului rețelei de hidrogel, ξ; densitate de reticulare, Ve). Compoziția hidrogelurilor superabsorbante a fost investigată prin spectroscopie FT-IR. Hidrogelurile de colagen/PVP/PEO au prezentat o fracție de gel mai mare și care a depins de doza de iradiere aplicată. Rezultatele obținute au evidențiat că pentru hidrogelul de colagen/PVP, gradul de gonflare la 25 kGy, are valoarea de 4000% și scade de aproximativ 2,5 ori, când în compoziția hidrogelului este adăugat și PEO. Proprietățile pe care le prezintă hidrogelurile obținute din colagen, PVP și PEO, confirmă că acestea pot fi utilizate pentru diferite tipuri de aplicații, cum sunt: pansamente sau sisteme de eliberare controlată a diferitelor produse medicamentoase sau ca matrici polimerice în ingineria tisulară a țesuturilor moi. Proprietățile globale ale acestor hidrogeluri pot fi ajustate prin varierea parametrilor de iradiere și a compoziției polimerice, astfel încât să se obțină un produs final cu proprietăți controlate și în același timp cu calitate bună pentru scopul urmărit.

Abstract this graphic:

Faza nr. 22

Responsabil: Dr. Sf. Irimiciuc

Termen de predare: 9.12.2019

Title: „Dezvoltarea și implementarea tehnicilor de diagnoză electrică aplicate plasmelor tranziente. Sonda Langmuir pentru măsurători spațio-temporale”

Abstract: În cadrul proiectului a fost vizată dezvoltarea unei noi direcții de cercetare prin producerea, adaptarea și testarea tehnicilor electrice de diagnoză a plasmelor pentru monitorizarea procesului de depunere de straturi subțiri prin ablație laser. Tehnica a fost implementată pentru studierea dinamicii unei plasme tranziente generate prin ablație laser a unei ținte de Ag. Sistemul de diagnoză electrică a fost dezvoltat în totalitate în cadrul proiectului, sistemul fiind testat în fiecare punct esențial al producerii acestuia, pentru a asigura calitatea și veridicitatea rezultatelor oferite de tehnică. Au fost efectuate atât măsurări rezolvate temporal cât și cele rezolvate unghiular. Măsurările unghiulare au evidențiat o scădere a densității și a energiei cinetice a ionilor expulzați, în timp ce electronii au o distribuție mai uniformă. Măsurările de sondă flotantă au arătat prezența mai multor structuri de plasmă care conțin atât atomi cât și ioni care au viteze de expansiune diferite, evidențiind prezența exploziei Coulomb ca mecanism principal de ejectare a particulelor. Măsurările rezolvate în timp au arătat faptul că electronii au o durată de viață considerabil mai lungă, de aproximativ un ordin de mărime raportată la cea a ionilor. Prin adaptarea teoriei sondei clasice, am determinat o serie de parametri plasmatici în diferite momente din timp în timpul expansiunii plasmatice. Noua tehnica dezvoltată a arătat o bună reproductibilitate în ceea ce privește semnalele înregistrate și a arătat, de asemenea, o flexibilitate pentru viitoarea implementare în geometrii de depunere mai complexe.

Abstract this graphic:

Etapa a III-a

Faza nr. 23

Responsabil: Dr. I. Andrei

Termen de predare: 14.10.2019

Title: „Cercetări asupra laserilor acordabili cu mediu activ deformabil”

Abstract: În cadrul acestei faze se studiază proprietățile de lasing ale sistemelor optofluidice de tipul picăturilor lichide de dimensiuni relativ mari ce se află în levitație. Sunt prezentate date privind caracterizarea și optimizarea condițiilor de emisie a radiației de tip lasing a mediilor active deformabile microvolumetrice individuale, ce conțin soluții de colorant laser (Rh6G în apă). S-a urmărit realizarea unei metode de acordabilitate a lungimii de undă a emisiei mediilor active deformabile plasate într-un câmp acustic. Acordabilitatea semnalului de emisie a fost realizată prin creșterea intensității câmpului acustic, astfel încât să aibă loc modificarea formei cavității optice. Picăturile au fost generate cu ajutorul unei seringi medicale și au fost plasate într-un câmp acustic, generat de 72 de traductori care emit ultrasunete, la frecvența de 40 kHz. Picăturile au fost pompate optic cu un fascicul laser la lungimea de undă de 532 nm, iar semnalul de emisie a fost analizat din punct de vedere spectral. S-a observat o deplasare a lungimii de undă a emisiei picăturilor spre lungimi de undă mai mari odată cu creșterea intensității câmpului acustic folosit pentru levitaţie.

Abstract this graphic:

Faza nr. 24

Responsabil: Dr. M. Zamfirescu

Termen de predare: 14.10.2019

Title: „Producerea de fascicule de electroni accelerați la interacția pulsurilor laser ultraintense cu jeturi supersonice de gaze nobile”

Abstract: În această fază s-a proiectat și realizat montajul experimental de la infrastructura CETAL-PW, pentru obținerea de electroni accelerați în jet de gaz la interacția cu fasciculul laser ultra-intens. Pașii preliminari pentru obținerea de fascicule de electroni cu energia de sute de MeV au constat în:
1) Optimizarea parametrilor de fascicul laser;
2) Implementarea în montajul experimental a echipamentelor pentru generarea și detecția fasciculelor de electroni accelerați;
3) Teste preliminare de verificare a alinierii fasciculului laser cu jetul de gaz.
Pulsurile laser femtosecunde ultraintense au o structură temporală și spațială extrem de complexă și uneori dificil de controlat. Obținerea unor parametri laser compatibili cu metoda accelerării electronilor în jet de gaz a reprezentat o etapă critică pentru a asigura succesul acestui gen de experiment. Au fost optimizați parametri precum: durata de puls optic prin ajustarea componentelor stretcher-compressor ale sistemului PW, deriva de fază spațială și temporală prin corectarea abaterii de la paralelism ale rețelelor de difracție din compresorul final și cel mai important, frontul de undă, respectiv focusabilitatea laserului în incinta de interacție, prin compensarea cu o oglindă deformabilă plasată în incinta de interacție. În urma achiziționării și instalării oglinzii deformabile compatibile cu fasciculul laser de clasă PW, s-a obținut un spot focal la limita de difractie, respectiv un fascicul cu simetrie circulară și diametrul de 35 um pentru oglinda de focalizare OAP de 3,2 m (f/20).
În incinta de interacție au fost montate și testate echipamentele pentru generarea jeturilor de gaz sincron cu pulsul laser la presiuni variabile în intervalul 1-30 bari. A fost instalat un senzor de front undă (Phasics) pentru a determina profilul jetului de gaz și distribuția de densitate.
Pentru detecția fasciculului de electroni accelerați a fost proiectată și realizată o extensie a incintei de interacție PW la capătul căreia a fost montat dispozitivul de detecție în timp real al pulsurilor de electroni, cu film lanex și cameră video triggerabilă. În incinta de interacție se află montat și un spectrometru de electroni cu magnet permanent, cu rol de deflexie a electronilor până la energii de câteva sute de MeV, pentru a caracteriza distribuția de energie a acestora.
S-au realizat și primele teste preliminare de accelerare de electroni la puteri laser de câțiva TW, pentru verificarea alinierii sistemului de focalizare în jet de gaz.

Abstract this graphic:

a) Distribuția transversală de intensitate a radiației laser în plan focal. Diametru de fascicul – 35 um.
b) Sistemul mecanic de protecție a duzei de generare a jetului de gaz.
c) Distribuția densității de particule a jetului de gaz la diferite presiuni.
d) Filamentul de plasmă generat în jetul de gaz la 2 mm față de duză.

Faza nr. 25

Responsabil: Dr. D. Miu

Termen de predare: 14.11.2019

Title: „Depunerea laser şi caracterizarea morfo-structurală a straturilor nanostructurate de Au pentru biosenzori”

Abstract: Au fost realizate obiectivele fazei, şi anume: obţinerea prin depunere laser pulsată (Pulsed Laser Deposition – PLD) de straturi nanostructurate de Au pentru biosenzori şi analiza proprietăţilor morfo-structurale ale straturilor depuse.
Au fost depuse prin ablaţie laser straturi de Au în condiţii de depunere diferite: presiune depunere, număr pulsuri de ablaţie, distanţă ţintă-substrat, energie/puls. Au fost făcute depuneri pe substraturi diferite: pe substraturi de siliciu pentru microscopie SEM, pe substraturi de cuarţ sau pe straturi de polimer (PMMA) depuse pe cuarţ pentru a reproduce condiţiile în care vor fi depuşi biosenzorii de tip SAW-Love Wave. Structurile rezultate au fost caracterizate din punct de vedere morfologic prin microscopie electronică de înaltă rezoluţie (Scanning Electron Microscopy – SEM şi Atomic Force Microscopy – AFM).
În condiţiile utilizate, stratul de polimer, strat de ghidare în biosenzorii LW, nu este afectat de stratul de Au depus peste el, care este stratul sensibil în biosenzorii de tip LW.
Morfologia stratului de aur depinde în principal de presiunea de depunere şi numărul de pulsuri de ablaţie, putând fi controlat din acestea. S-au obţinut structuri care variază de la nanoparticule separate, la aglomerări de nanoparticule având dimensiuni diferite, separate de crăpături cu lărgimi diferite, la structuri extrem de poroase, în funcţie de parametrii utilizaţi. Dimensiunile crăpăturilor dintre aglomerări variază de la 6 nm pană la 25 nm, fiind în domeniul dimensiunilor porilor caracteristici pentru aurul nanoporos utilizat cu succes în alte tipuri de biosenzori, datorită compatibilităţii cu dimensiunile materialului biologic analizat.
Rugozitatea straturilor s-a determinat cu ajutorul microscopiei AFM. Un strat dens şi uniform de Au depus în vid are rugozitatea 0.7 nm. Straturi poroase depuse în 4 Torr Ar au rugozitatea de 6 nm (9800 pulsuri ablaţie), respectiv 30 nm (30000 pulsuri de ablaţie).
La distanţe mai mari de substratul-ţintă (8 cm) se obţin structuri caracteristice depunerilor cu un număr mai mic de pulsuri la distanţe mai mici (4 cm).
Au fost îndeplinite toate obiectivele prezentei faze, şi au fost create premizele pentru realizarea următoarei faze, care îşi propune realizarea de biosenzori de tip SAW-Love Wave (LW) având înglobate straturi subţiri de Au nanostructurat ca strat sensibil, şi caracterizarea acestora.
Au fost publicate 2 articole în Sensors and Actuators A şi Journal of Sensors. A fost facută o prezentare la o conferinţă (International Conference of Materials, Methods and Technologies 1-5 July 2019, Burgas, Bulgaria – Prezentare orală). De asemenea, a fost acceptat pentru publicare un articol în revista Sensors.

Abstract this graphic:

Faza nr. 26

Responsabil: Dr. V. Crăciun

Termen de predare: 14.11.2019

Title: „Modificarea structurii benzii interzise a oxizilor metalici prin controlul presiunii de oxigen în timpul depunerii filmelor subţiri prin ablaţie laser”

Abstract: O nouă metodă de determinare a lărgimii benzii interzise a oxizilor metalici, MeOx, bazată pe spectroscopia fotoelectronilor excitaţi cu radiaţie X a fost studiată şi implementată în grupul nostru de cercetare din INFLPR. Faţă de metoda optică Tauc-Grigorovici, această metodă are avantajul major că poate fi aplicată inclusiv filmelor foarte subţiri, de până la 1-2 nm, depuse pe orice tip de substraturi, inclusiv pe cele opace cum este Si sau Ge. Valorile estimate utilizând această metodă pe filme de HfO₂ şi ZrO₂ depuse prin tehnica ablaţiei laser (PLD) sub o atmosferă de oxigen, a căror stoichiometrie a fost determinată prin investigaţii de retroîmprăştiere non-Rutherford, au fost similare cu cele obţinute utilizând metoda Tauc-Grigorovici pentru filme mult mai groase. De asemenea, s-a observat că valoarea benzii interzise depinde şi de stoichiometria oxidului, care la rândul ei depinde de valoarea presiunii de oxigen utilizate în timpul depunerii. După un tratament de curăţire ionică cu ioni de Ar de 500 eV pentru câteva minute, valorea măsurată a benzii interzise a fost mai mică decât valoarea iniţială, cel mai probabil datorită reducerii oxidului din cauza pulverizării selective a atomilor de oxigen, mult mai uşori decât cei de Hf sau Zr. Această reducere chimică a oxidului a fost confirmată şi de măsurările XPS ale concentraţiei Hf şi O.
Măsurări de conductivitate electrică şi termică ale filmelor de oxid de zinc şi indiu au arătat că valorile rezistivităţii electrice şi conductivităţii termice depind de valoarea presiunii de oxigen din timpul depunerii şi sunt corelate conform legii Wiedemann-Franz. De asemenea, măsurări de fotoluminiscenţă spectrală pe filme de Y2O3:Bi2.0 mol%,Yb10.0 mol% au indicat că valoarea presiunii de oxigen utilizate în timpul depunerii influenţează intensitatea emisiei optice.
În concluzie, rezultatele obţinute în această fază au confirmat că:
a) valoarea presiunii de oxigen în timpul depunerii laser pulsate (PLD) afectează stoichiometria filmelor depuse;
b) stoichiometria filmelor (raportul metal/oxigen) afectează proprietăţile electrice, termice şi optice ale filmelor subţiri;
c) tehnica PLD este extrem de utilă pentru studii privind legăturile dintre stoichiometrie-structură şi proprietăţi fizico-chimice ale filmelor de oxizi metalici.

Abstract this graphic:

Faza nr. 27

Responsabil: Dr. Andrada Lazea-Stoyanova

Termen de predare: 14.11.2019

Title: „Caracterizarea procesului de producere a particulelor metalice în jet de plasmă la presiune atmosferică”

Abstract: Scopul acestei faze a fost obţinerea şi caracterizarea particulelor metalice, fabricate dintr-o gamă extinsă de metale, folosind jetul de plasmă la presiune atmosferică, precum şi caracterizarea procesului de sinteză bazat pe plasmă.
Pentru a înţelege motivaţia din spatele studiului sintezei particulelor metalice prezentat în acest raport trebuie menţionat că acesta are o componentă generală şi una particulară. Motivaţia generală este dată de tendinţa la nivel global a pieţei de desfacere pentru particule metalice nanometrice, se estimează o creştere de la 12.35 miliarde USD în 2017 la 25.26 miliarde USD în 2022 [1]. O creştere similară se observă şi pentru piaţa particulelor metalice micrometrice [2]. Acest lucru este determinat de continua diversificarea a aplicaţiilor în care sunt implicate particulele metalice, ca rezultat al industrializării rapide şi al urbanizării. Aşadar, sinteza de particule metalice este un domeniu industrial de mare interes.
Obţinerea particulelor s-a făcut utilizând jetul de plasmă de radiofrecvenţă (RF), la presiune atmosferică. Precursorii metalici utilizaţi au fost precursori solizi. Studiul a completat gama de materiale utilizate, astfel particule de nichel, fier şi crom au fost produse. Particulele au fost caracterizate prin SEM şi EDX. Investigaţii de spectroscopie optică de emisie au fost realizate pentru caracterizarea plasmei, iar măsurarea temperaturilor de proces s-a făcut folosind un dispozitiv special creat pentru acest scop. Se concluzionează că puterea de RF este un parametru esenţial ce determină caracteristicile particulelor (mărime, formă) şi că temperatura măsurată la electrodul legat la masă/substrat creşte împreună cu creşterea puterii aplicate. Totuşi, creşterea temperaturii nu are un caracter liniar pe tot intervalul de putere de RF aplicat.

Abstract this graphic:

Faza nr. 28

Responsabil: Dr. M. Nistor

Termen de predare: 14.11.2019

Title: „Sinteza cu plasmă a filmelor subţiri de oxizi pentru aplicaţii în optoelectronică”

Abstract: Filme subţiri transparente şi conductoare de Nd:ZnO au fost depuse pe substraturi monocristaline de Al₂O₃ orientate după axa c prin tehnologia de ablaţie cu fascicul pulsat de electroni. Aceste filme subţiri prezintă structură cristalină de tip wurzit pentru temperaturi ale substratului > 300°C şi o epitaxie bine definită în raport cu substratul monocristalin de Al₂O₃. Imbunătăţirea calităţii cristaline a filmelor a condus la valori ale rezistivităţii cuprinse între 5.65 x 10^-3 Ωcm la temperatura camerei şi 5.12 x 10^-4 Ωcm la 500 °C pentru care se obţin şi cele mai bune valori ale mobilităţii electronice şi ale transparenţei.

Faza nr. 29

Responsabil: Dr. O. Toma

Termen de predare: 9.12.2019

Title: „Sinteza şi studiul de noi materiale oxidice pentru creşterea eficientei celulelor fotovoltaice”

Abstract: Au fost sintetizate probe ceramice de TiO₂ dopate cu erbiu şi yterbiu prin reacţie în fază solidă şi probe nanocristaline de Er:Yb:TiO₂ prin metoda sol-gel. Proprietăţile structurale ale probelor au fost investigate prin difractometrie de raze X. Proprietăţile spectroscopice ale materialelor au fost investigate prin spectroscopie optică (reflectanţă difuză, luminescenţă pompată prin upconversie, analiza curbelor de extincţie a luminescenţei). Probele nanocristaline sintetizate prin metoda sol-gel prezintă luminescenţă prin upconversie mai intensă decât probele ceramice sintetizate prin reacţie în fază solidă.

Abstract this graphic:

Faza nr. 30

Responsabil: Dr. A. Staicu

Termen de predare: 9.12.2019

Title: „Studiul spectroscopic al soluţiilor de medicamente iradiate cu fascicul laser, supuse la condiţii de hipergravitaţie”

Abstract: În această etapă s-a realizat studiul comparativ al proprietăţilor optice prin metode spectroscopice UV-VIS şi FTIR înainte şi ulterior expunerii la condiţii de hipergravitaţie (diferite niveluri de gravitaţie între 1 şi 20 g) a unor soluţii de fenotiazine: clorpromazina, tioridazina, promazina şi prometazina neiradiate şi iradiate cu fascicul laser Nd:YAG emis la 266 nm pentru diferite intervale de timp, între 0 şi 4h.
În ceea ce priveşte evoluţia în timp a spectrelor de absorbţie în domeniul spectral UV-VIS a soluţiilor de fenotiazine iradiate cu fascicul laser am putut observa uşoare modificări în cazul ambelor seturi de probe – necentrifugate cât şi supuse hipergravitaţiei. A fost pus în evidenţă faptul că pentru toate probele centrifugate, în special cele expuse un timp mai îndelungat la radiaţie laser, spectrele înregistrate suferă un efect hipocrom. Sunt necesare investigaţii pentru probe supuse unor condiţii reale de hipergravitaţie (aflate la bordul unei navete spaţiale) pentru a confirma că acest efect este rezultatul nivelurilor ridicate de gravitaţie.
Analiza spectrelor FTIR ale celor patru fenotiazine indică modificări la nivel molecular a compuşilor iniţiali cu generare de fotoproduşi ce conţin grupări fenol şi sulfoxid în urma expunerii la radiaţia laser emisă în domeniul spectral UV. Cu toate acestea, am observat că toate soluţiile, atât cele neiradiate cât şi cele ce au interacţionat cu fascicul laser nu au suferit modificări la nivel molecular în timpul supunerii la condiţii de hipergravitaţie.

Abstract this graphic:

Faza nr. 31

Responsabil: Dr. F. Dumitrache

Termen de predare: 9.12.2019

Title: „Prepararea de nanostructuri magnetice pe bază de fier folosind senzitivanţi reactanţi exotici în procese de piroliză cu laser”

Abstract: Au fost sintetizate prin piroliză laser și analizate diferite nanoparticule pe bază de fier: 1) Nanopulberi de Fe dopate cu N, folosind laserul cu CO₂ având λ=10.74 µm; 2) Nanopulberi de Fe dopate cu B folosind laserul cu CO₂ având λ=10.59 µm; 3) Nanopulberi de oxid de Fe sintetizate folosind vapori de etanol ca senzitivant pentru laser CO₂ (O₁₈) λ=9.245 µm. Folosind lungimea de emisie pe linia 10P34- amoniacul a fost utilizat ca agent senzitivant optim, obţinând pulberi preponderent cu structură cristalină de Fe metalic, Fe₄N sau FeN_0.088, acestea prezintă un conținut neobișnuit de ridicat de fier (50-75 at.%) şi un conținut scăzut de oxigen (23-37 at/%), astfel că o parte importantă din legăturile Fe se prezintă ca fier zerovalent, restul fiind în stările obișnuite de ionizare Fe²⁺ şi Fe³⁺. Procesul de piroliză laser implicând amestecul reactiv format din Fe(CO)₅ şi B₂H₆ a condus la formarea de NPs cu o slabă cristalinitate, funcție de cantitatea de B înglobată, particulele prezervă sau nu, Fe zerovalent. Folosind vapori de etanol ca senzitivant pentru laser CO₂ având λ=9.245 µm analizele EDX relevă următoarea compoziţie elementală: 2.1 at% C, 35.5 at% Fe si 62.4 at.% O, astfel că raportul Fe/O este foarte apropiat de 2/3 specific γFe₂O₃.

Abstract this graphic:

Faza nr. 32

Responsabil: Dr. R. Cristescu

Termen de predare: 9.12.2019

Title: „Fabricarea filmelor subţiri de materiale compozite nanostructurate şi funcţionalizate bazate pe nanoparticule magnetice multifuncţionale de tip „core-shell” prin MAPLE pe diferite substraturi specifice metodei de investigare”

Abstract: Filme subţiri compozite bazate pe un polimer conductor (Lignina grefata cu polianilina, PANI-LIG) în care s-a încorporat sulfat de gentamicină (SG) sau nanoparticule de magnetită încărcate cu SG (Fe3O4@ SG) au fost depuse prin tehnica evaporării laser pulsate asistate de o matrice (MAPLE). În această fază: a) am sintetizat nanoparticule de magnetită funcţionalizate cu antibiotice; (b) am preparat ţintele MAPLE folosite în procesul de depunere; (c) am stabilit parametrii optimi pentru obţinerea unui transfer nealterat al biomaterialelor iniţiale; (d) s-au caracterizat din punct de vedere fizico-chimic filmele obţinute: transferul nealterat cvasi-stoichiometric al biomaterialelor iniţiale (FTIR), file hidrofile (udabilitate) cu o rezistenţă la coroziune ridicată (teste electrochimice) şi o natură slab cristalină (XRD); aceste filme subţiri au prezentat o înglobare uniformă a particulelor de magnetită şi antibiotic în matricea polimerică (SEM, AFM); (e) analizele biologice au demonstrat că acoperirile compozite sintetizate prin MAPLE pot oferi o protecţie eficientă împotriva dezvoltării biofilmelor microbiene, fără a induce vreo citotoxicitate către celulele MG-63 testate; (f) a fost dovedită eficienţa tehnicii de depunere folosite. Scopul a fost obţinerea unor acoperiri pe bază de titan nanostructurate şi funcţionalizate pentru aplicaţii biomedicale, care ar putea induce proprietăţi multifuncţionale dispozitivelor implantabile, cum ar fi eliberarea controlată a substanţei active terapeutice sub acţiunea unui câmp magnetic şi / sau electric.

Abstract this graphic:

Faza nr. 33

Responsabil: Dr. A. Groza

Termen de predare: 9.12.2019

Title: „Depuneri de straturi subtiri ceramice pe suporti polimerici prin tehnica de pulverizare magnetron în radio-frecventă; Caracterizare structurală şi morfologică”

Abstract: În această fază au fost prezentate rezultatele obţinute în urma depunerilor de straturi bioceramice de fostat de calciu pe suporţi polimerici termosensibili în descărcări magnetron de radio frecvenţă în diferite condiţii experimentale. Starea staţionară a plasmei şi parametrii optimi de depunere au fost identificaţi prin monitorizarea fluctuaţiilor temporale ale ratei de depunere şi măsurarea temperaturii la substratul polimeric pe durata procesului de depunere. Analiza compoziţiei plasmei de depunere a fost realizată prin spectrometrie de masă.
Structura elementală şi moleculară a depunerilor obţinute pe suporţii polimerici determinată prin spectroscopie de dispersie a electronilor şi spectroscopie de infraroşu cu transformata Fourier a indicat formarea unei structuri amorfe de CaP. Analizele morfologice ale straturilor subţiri obţinute realizate prin microscopie electronică de baleiaj şi microscopie de forţă atomică au arătat o modelare termică a substratului datorită încălzirii acestuia pe durata procesului de depunere. Straturile de CaP prezintă o structură granulară dependentă de presiunea de lucru.

Abstract this graphic:

Faza nr. 34

Responsabil: Dr. C. Poroşnicu

Termen de predare: 9.12.2019

Title: „Caracterizarea proprietăților mecanice ale filmelor de WFeCr de interes pentru fuziunea termonulceară”

Abstract: EUROFER (9Cr-1W), reprezintă materialul structural de referință pentru viitoarele reactoare DEMO și modulul de testare ITER. Aceast studiu prezintă caracterizarea noilor materiale structurale obținute prin aliaje de film subțire co-depuse pe substrat de W și C. Straturile compozite de W-Fe-Cr au fost co-depuse prin metoda Arcului Termoionic în Vid și au fost caracterizate pe baza structurii, compoziției și proprietăților mecanice ale acestora.
S-a aplicat XRF pentru a determina concentrația elementelor din fiecare probă exprimată în procente atomice, raportat la fiecare distribuție a anodului în incinta de depunere. De asemenea, s-au efectuat mapări de suprafață, dovedind o distribuție spațială a concentrației elementelor pe suprafața probei investigate. SEM a fost folosit pentru a investiga morfologia suprafeței pentru co-depuneri. Investigațiile structurale au fost efectuate prin metoda XRD. Metodele de nanoindentare și tribologie au fost aplicate pentru a efectua măsurări ale durității și parametrilor modulului elastic. Aceste investigații au fost efectuate pentru a determina influența compoziției filmului subțire asupra coeficienților de frecare și duritate. În cele din urmă, s-au determinat profilele elementare de adâncime și grosimea fiecărui strat depus cu ajutorul metodei GDOES. Prin urmare, s-a observat uniformitatea de distribuție a elementelor în volumul straturilor subțiri.

Abstract this graphic:

Faza nr. 35

Responsabil: Dr. D. Ighigeanu

Termen de predare: 9.12.2019

Title: „Materiale compozite pe bază de cauciuc natural şi amidon obţinute prin iradiere cu electroni acceleraţi”

Abstract: Obiectivul fazei a constat în dezvoltarea unor metode de vulcanizare/croos-linking prin iradiere cu electroni acceleraţi a unor compozite elastomerice utilizând ca materiale de umplutură şarje naturale. S-a testat stabilitatea materialelor compozite în câmp de electroni acceleraţi şi în medii corozive.
Pentru evaluarea rezistenţei la electroni acceleraţi, au fost iradiate la 150 kGy, 300 kGy şi 450 kGy materiale compozite de tipul Nr/St. (cauciuc natural/amidon). Concentraţia de amidon în amestecuri a variat de la 10 pană la 50 phr. Înainte şi după iradiere au fost realizate determinări mecanice, fizico-chimice şi structurale. S-au realizat şi teste de absorbţie în apă şi soluţii corozive (ulei sintetic, soluţii de H₂SO₄ şi NaOH 50%) la 23 ± 2 °C. Pentru evaluarea cantitativă a randamentului de grefare şi ruperii lanţurilor (degradarea) în compozite, s-a calculat raportul p₀ /q₀ aplicând ecuaţia Charlesby-Pinner (unde p₀ reprezintă densitatea de degradare, iar q₀ densitatea de reticulare). Pentru ca un material elastomeric să fie stabil în câmp de radiaţii este absolut necesar ca raportul p₀/q₀ <1 . Rezultatele obţinute pentru acest raport (valorile fiind: 0.1365, 0.1291, 0.1253, 0.1164 şi 0.1440 pentru 10, 20, 30, 40 şi respectiv 50 phr amidon) coroborate cu variaţiile proprietăţilor mecanice, demonstrează că materiale de tipul NR/St. pot fi utilizate în câmp de electroni acceleraţi până la 450 kGy.
Dezvoltarea unor metode de vulcanizare/croos-linking prin iradiere a constat în obţinerea de materiale compozite pe bază de elastomer EPDM/rumegus. Dozele de iradiere au fost cuprinse între 75-600 kGy, iar concentraţia de filler (rumegus) a variat între 5 şi 50 phr. Pentru toate materialele procesate prin iradiere au fost realizate determinări mecanice, fizico-chimice şi structurale. Rezultatele mecanice obţinute demonstrează efectul pozitiv al rumeguşului asupra elastomerului. Variaţia acestor proprietăţi cu creşterea dozei de iradiere este datorată apariţiei reticulării între lanţurile elastomerice şi a grefării materialului de umplutură pe lanţurile polimerice. De asemenea, valori scăzute ale raportului p0/q0 (valorile obţinute fiind: 0.1148, 0.0889, 0.0812, 0.1204 pentru 5, 10, 15 şi 20 phr rumeguş în amestec) sunt asociate cu o interacţie radical-radical îmbunătăţită în polimerul compozit.

Abstract this graphic:

Faza nr. 36

Responsabil: Dr. M. Filipescu

Termen de predare: 9.12.2019

Title: „Stabilire model de heterostructuri bazate pe oxizi şi silicaţi metalici (oxid de hafniu, oxid de aluminu, silicat de hafniu, silicat de aluminiu); determinarea parametrilor experimentali optimi pentru obţinerea de heterostructuri prin PLD şi RF-PLD”

Abstract: In zilele noastre, acoperirile antireflx care prezintă un prag ridicat de distrugere sunt studiate intens datorită dezvoltării unor lasere de mare putere cu pulsuri ultra-scurte.
In această etapă raportăm depunerea şi caracterizarea acoperirilor antireflex (AR) bazate pe filme subţiri de oxizi dielectrici pentru optica laserilor de putere mare. Filmele subţiri de Al₂O₃, SiO₂ şi HfO₂ combinate în heterostructuri cu 5 şi 7 straturi au fost obţinute în atmosferă controlabilă de oxigen, la temperaturi ridicate (600 ˚C) pe substraturi de cuarţ, prin depunere laser pulsată (PLD) şi depunere laser pulsată asistată de descărcare în radio-frecvenţă (RF-PLD). Tintele au fost iradiate cu lungime de undă laser de 266 nm.
De asemenea, silicatul de hafniu şi silicatul de aluminiu sunt considerate materiale dielectrice potenţiale pentru acoperiri antireflex. Aceste materiale au fost obţinute sub formă de filme subţiri (mono- strat) prin iradierea ţintelor de oxizi metalici cu diferite lungimi de undă (193 nm şi 1064 nm) în 0.01 mbar de oxigen; în timpul depunerilor substraturile au fost încălzite la 600 °C.
Proprietăţile probelor obţinute au fost investigate folosind următoarele tehnici: microscopie de forţă atomică, microscopie electronică cu baleiaj, spectroscopie de energie dispersivă cu raze X, difracţie de raze X şi spectro-elipsometrie.
Straturi de silicat de hafniu şi silicat de aluminiu netede, uniforme, cu rugozitate mică au fost obţinute pentru λ= 193 nm şi Φ = 1 J/cm². Atât procentul de HfO₂, cât şi procentul de Al₂O₃ încorporate în stratul de silicat corespunzător sunt influenţate de valoarea fluenţei laser utilizate. Fluenţa laser mai mare induce o concentraţie mai mare de oxid de hafniu sau oxid de aluminiu în straturi.
Structurile multi-strat bazate pe HfO₂/Al₂O₃ şi HfO₂/SiO₂ au suprafeţe uniforme, cu o valoare scăzută a rugozităţii, fără crăpături micro sau nanometrice. De asemenea, pe suprafeţele tuturor filmelor analizate, au fost identificate formaţiuni asemănătoare „grăunţelor”, rar distribuite, cu dimensiuni de sute de nanometri. Grosimea heterostructurilor, evaluate utilizând metoda elipsometriei, a fost de aproximativ 800 nm.

Faza nr. 20b

Responsabil: Dr. I. Tiseanu

Termen de predare: 9.12.2019

Title: „Analiza cantitativă a caracteristicilor pulberilor metalice și a porozității componentelor realizate prin manufacturare aditivă prin microtomografie de raze X și procesare de imagini. Comparație cu analiza 2D a imaginilor metalografice – partea II – Comparație cu analiza 2D”

Abstract: Principala activitate desfăşurată în această fază a constat din analiza nedistructivă a pieselor printate 3D prin tomografia de raze X și aplicarea unor module avansate software pentru defectoscopie şi metrologie (VGstudi MAX vs Avizo).
Pentru confecționarea unei probe test din polimer cu diferite grade de umplere a fost utilizată o imprimantă 3D.
Au fost realizate comparaţii ale secţiunilor virtuale prin reconstrucţiile 3D cu imaginile optice ale unor secţiuni extrase prin analiza distructivă şi s-au confirmat diferenţele de structură internă ce au la bază factorul de umplere diferit.
Factorul de umplere s-a evaluat prin algoritmi diferiţi din principalele pachete software comerciale: VGstudio Max si Avizo. Adiţional au fost demonstrate procedee de binarizare aplicate asupra reconstrucţiilor prin programul Avizo. Acestea se pot aplica pentru realizarea simulărilor mecanice pe piesele investigate.

Abstract this graphic:

Anul 2020 – Schema de realizare a PN 19 15 01 01

Phase I

Faza nr. 37

Responsabil: Dr. M. Zamfirescu

Termen de predare: 14.04.2020

Title: „Caracterizarea fasciculelor de electroni accelerați la interacţia pulsurilor ultraintense cu ținte gazose”

Abstract: Rezultatul principal al acestei etape de proiect o reprezintă obținerea pentru prima dată în România de fascicule de electroni accelerați la energii de peste 100 MeV. Echipa laboratorului CETAL-PW din INFLPR a realizat montajul experimental de accelerare de electroni prin interacție laser-jet de gaz. Parametrii de accelerare studiați sunt energia electronilor, divergența, stabilitate unghiulară. Aceștia au fost optimizați prin modificarea energiei și a duratei pulsului laser, a planului focal față de țintă și a parametrilor de țintă gazoasă, respectiv densitatea gazului. Electronii accelerați sunt detectați pe un ecran scintilator (LANEX) plasat la ieșirea din extensia camerei de interacție. Luminescența emisă de ecranul LANEX este monitorizată cu un sistem optic și o cameră video. Din studiile de stabilitate spațială a fasciculelor de electroni s-a determinat o variație unghiulară de la puls la puls de aproximativ 25 mrad. Pentru a măsura cu precizie spectrele electronilor, a fost proiectat și construit un spectrometru magnetic de electroni. Electronii de energii înalte, până la sute de MeV, sunt deflectați de câmpul magnetic de înaltă intensitate (0,86 T) creat de un magnet permanent sub formă de dipol. Au fost măsurați electroni cu distribuții ce prezintă un vârf de intensitate la energia 370 MeV. Toți parametrii experimentului sunt suficient de bine controlați, astfel încât obținerea de fascicule de electroni accelerați peste 200 MeV a fost reproductibilă pentru toate campaniile de experimente.

Abstract this graphic:

Faza nr. 38

Responsabil: Dr. C. Ristoscu

Termen de predare: 14.04.2020

Title: „Straturi subțiri de apatită biomimetică – chitosan obținute prin tehnici laser cu aplicații antimicrobiene”

Abstract: Straturi subțiri de chitosan / apatită biomimetică au fost obținute prin evaporarea laser pulsată combinatorială asistată de o matrice (C-MAPLE) pe substraturi de Ti, Si sau sticlă. Gradienții compoziționali au fost obținuți prin vaporizarea simultană cu laserul a celor două ținte din materiale distincte. În toate experimentele a fost utilizată o sursă de laser KrF * (λ=248 nm, τFWHM=25 ns). Natura și compoziția suprafeței materialelor depuse și distribuția spațială a constituenților au fost studiate prin SEM, EDS, AFM, GIXRD, FTIR, micro-Raman și XPS. Eficiența antimicrobiană a straturilor de chitosan / apatită biomimetică împotriva tulpinilor de Staphylococcus aureus și Escherichia coli a fost investigată prin viabilitatea numărului de celule.
Filmele subțiri obținute au fost amorfe și au prezentat o morfologie caracteristică structurilor depuse cu laser, compuse din grăunti nanometrici rotunzi. Rugozitatea suprafeței a crescut progresiv cu concentrația de chitosan, așa cum s-a demonstrat prin AFM. Analizele FTIR, EDS și XPS au indicat că compoziția filmelor compozite BmAp-CHT obținute prin C-MAPLE a fost modificată treptat de la apatită pură la chitosan.
Testele biologice au indicat faptul că biofilmul de S. Aureus este mai sensibil la acțiunea zonelor bogate în chitosan din filme, în timp ce biofilmul E. Coli s-a dovedit mai sensibil în zonele care conțin mai puțin chitosan.
Prin urmare, cel mai bun compromis ar fi reprezentat, după părerea noastră, de zonele cu concentrație intermediară-înaltă de chitosan care poate asigura un spectru larg de protecție antimicrobiană concomitent cu o îmbunătățire semnificativă a osteointegrării, favorizată de prezența apatitei biomimetice.

Abstract this graphic:

Faza nr. 39

Responsabil: Dr. L. Gheorghe

Termen de predare: 14.04.2020

Title: „Dezvoltarea de cristale optic neliniare Nd:LGSB pentru generarea de radiaţie laser în domeniul spectral verde prin procese de autodublare de frecvenţă”

Abstract: Au fost crescute prin metoda Czochralski, pentru prima dată la nivel internaţional, monocristale de tip Nd:LGSB cu compoziţii optimizate pentru generarea de radiaţie laser în domeniul spectral verde prin procese de autodublare de frecvenţă (SFD). Proprietăţile optic neliniare (NLO) şi spectroscopice ale cristalului La_0.721Nd_0.046Gd_0.452Sc_2.781(BO₃)₄ (4.6 at.% Nd:LGSB) au fost investigate, iar experimentele de emisie laser în domeniul 1 µm au permis obţinerea de emisie la λ_em= 1061.97 nm cu o pantă a eficientei de 73%. A fost obţinută emisie laser în verde la ~ 531 nm pentru diverse configuraţii ale rezonatorului laser, iar rezultatele obţinute demonstrează că monocristalul 2.5 at.% Nd:LGSB constituie un model experimental şi funcţional de sursă laser în verde bazată pe procese de SFD. Cercetările viitoare se vor concentra pe investigarea cristalului 4.6 at.% Nd:LGSB ca mediu activ laser autodublor de frecvenţă cu emisie eficientă în domeniul spectral verde (~531 nm).

Abstract this graphic:

Faza nr. 40

Responsabil: Dr. E. Grigore

Termen de predare: 14.05.2020

Title: „Obţinerea straturilor de WN utilizand metoda de depunere HiPIMS”

Abstract: Cresterea duratei de viata si imbunatatirea performantelor componentelor industriale prin acoperirea cu straturi dure reprezinta obiective fundamentale ale domeniului cunoscut sub denumirea de Ingineria Suprafetelor. Din aceasta perspectiva, nitrurile metalelor tranzitionale sunt considerate candidate potentiale pentru o gama larga de aplicatii.
Cercetarile efectuate in aceasta etapa au fost dedicate atat studiului sintezei straturilor de nitrura de wolfram utilizand metoda de depunere HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering), cat si analizei proprietatilor mecanice ale acestora. Scopul studiului a urmarit stabilirea unor corelatii intre structura-compozitie si proprietatile straturilor de WN, in particular intre compozitia chimica si caracteristicile mecanice ale straturilor.
Caracteristicile chimico-structurale ale straturilor au fost investigate utilizand Spectrometria in descarcare luminescenta (GDOES- Glow Discharge Optical Emission Spectrometry), Difractia de raze X (XRD- X-ray Diffraction) si respectiv Microscopia electronica de baleiaj (SEM- Scanning Electron Microscopy). Au fost apoi determinate o serie de proprietati mecanice ale straturilor precum microduritatea, coeficient de frecare si rezistenta la uzura si evaluata influenta debitului de azot asupra acestor caracteristici. Determinarea coeficientului de frecare si a rezistentei la uzare a straturilor s-a facut cu ajutorul testului „pin on disk” in timp ce stabilitatea termica a straturilor a fost analizata cu ajutorul Spectrometriei de Desorbtie Termica (TDS- Thermal Desorption Spectroscopy).
Astfel, s-au studiat straturile produse cu un continut de azot de 2.0 pana la 5.3 at.%. Analiza prin difractie de raze X nu a evidentiat formarea de faze din sistemul W-N, azotul fiind dizolvat in matricea de W. A fost evidentiat faptul ca microduritatea straturilor creste odata cu continutul de azot atingand o valoare de 2711 HV0.05 pentru un continut de azot de 5.3 at.%. S-a constatat ca stratul cu un continut de N de 2.0 at. % prezinta cel mai mic coeficient de frecare (0.474) si cea mai mica uzura specifica (2.33×10-6 mm3/N m).

Abstract this graphic:

Faza nr. 41

Responsabil: Dr. G. Socol

Termen de predare: 14.05.2020

Title: „Investigarea diverselor materiale plasmonice pentru îmbunătățirea performanței senzorului cu fibră optică bazat pe rezonanță plasmonică de suprafață (FO-SPR)”

Abstract: Plasmonii de suprafață (SP) sunt unde electromagnetice care se formează de-a lungul unei interfețe plasmonice, dintre un film subțire metalic (eg. aur) și un mediu dielectric (soluția de analizat). Dispozitivele bazate pe rezonanța plasmonilor de suprafață (SPR) sunt instrumente optice bine-cunoscute, cu o mare aplicabilitate în detecţie deoarece permit monitorizarea în timp real a interacțiunilor bio-/chimice. Senzorii SPR bazați pe fibră optică (FO) prezintă avantaje cum ar fi simplitatea, portabilitatea și reducerea costurilor. Așadar, fibra optică acoperită cu un film subțire metalic este folosită pentru a transporta lumina către interfața plasmonică. Orice eveniment care are loc la această interfață (eg. interacţia dintre un receptor şi molecula ţintă) va declanșa o modificare a semnalului SPR, ce poate fi procesată mai departe într-un grafic. O astfel de platformă de detecţie FO-SPR a fost dezvoltată şi în cadrul INFLPR. Cu toate că, potențialul tehnologiei FO-SPR este incontestabil, creșterea sensibilității acesteia rămâne un obiectiv important, pentru a putea transpune acest potențial în diverse aplicații. În acest context, în cea de-a doua parte a proiectului au fost investigate diverse materiale plasmonice, cum ar fi aurul (Au), argintul (Ag), paladiul (Pd) şi platina (Pt), cu scopul de a îmbunătății performanţa senzorului FO-SPR. S-au optimizat protocoalele de depunere a materialelor plasmonice pe subratul de FO cu ajutorul unui sistem magnetron sputtering şi au fost determinaţi indicatorii de perfomanţă (sensibilitatea şi figura de merit) pentru fiecare tip de senzor FO-SPR în parte. Concluzia generală a acestui studiu este că fiecare material plasmonic testat vine cu avantajele şi dezavantajele lui, alegerea acestuia depinzând în totalitate de aplicaţia dorită a fi implementată.

Abstract this graphic:

Faza nr. 42

Responsabil: Dr. A. Staicu

Termen de predare: 14.05.2020

Title: „Studiul proprietăților de udare a suprafețelor de către picături de medicamente expuse la radiație laser în condiții de hipergravitație”

Abstract: În această etapă, au fost analizate în condiții de hipergravitație generate utilizând facilitatatea Large Diameter Centrifuge (Agenția Spațială Europeană, Centrul European de Cercetare și Tehnologie Spațială, Noordwijk, Țările de Jos) la nivelurile de 1, 2, 5, 10 și 20 g, proprietățile de udare ale soluțiilor de medicamente pe Parafilm M, aluminiu si bumbac prin determinarea unghiurilor de contact. Soluțiile studiate au fost clorpromazină neiradiată și clorpromazină iradiată timp de 4 ore cu un fascicul laser emis la 266 nm (a patra armonică a fasciculului fundamental emis de sistemul laser YAG:Nd). De asemenea, proprietățile de udare ale apei ultrapure au fost investigate, fiind solventul soluțiilor medicamentoase. Interacția medicament-suprafață a fost studiată prin generarea picăturilor suspendate și măsurarea unghiurilor de contact ale picăturilor sesile formate la interfața lichid-solid-aer.
Pentru a determina unghiurile de contact, s-au analizat pozele obținute în timpul experimentului de hipergravitație utilizând programul ADVANCE (KRÜSS).
Analiza datelor a arătat că odată cu creșterea nivelului de gravitație valorile unghiurilor de contact scad. În majoritatea cazurilor, soluția medicamentoasă iradiată posedă cele mai bune proprietăți de udare dintre cele trei utilizate în cadrul acestui studiu. De asemenea, rezultatele au indicat faptul că reducerea volumului picăturii duce la scăderea amplitudinii oscilațiilor. Mai mult decât atât, pe măsură ce nivelul de gravitație este mai ridicat, are loc o creștere liniară a frecvenței de oscilație.

Abstract this graphic:

Faza nr. 43

Responsabil: Dr. G. Crăciun

Termen de predare: 14.05.2020

Title: „Obţinerea de materiale polimerice liniare pe bază de acrilamidă şi alginat de sodiu prin iradiere cu electroni acceleraţi, destinate epurării apelor”

Abstract: Obiectivele principale ale fazei au fost următoarele: (1) obţinerea şi caracterizarea unui polielectrolit pe bază de acrilamidă şi alginat de sodiu prin grefare, utilizând un fascicul de electroni de 5.5 MeV; (2) stabilirea eficienţei de floculare şi a capacităţii de îndepărtare a metalelor grele din soluţii apoase de concentraţii cunoscute. Concentraţiile de alginat de sodiu în soluţiile monomerice supuse iradierii au fost de 1 şi, respectiv, 2%, iar dozele de iradiere utilizate pentru grefare s-au situat în intervalul 0.5 -2 kGy. În aceste condiţii, două tipuri de polielectroliţi au fost obţinuţi şi caracterizaţi din punct de vedere fizic, chimic şi structural. Eficienţa de floculare a fost evaluată în condiţii de agitare pe suspensii de caolin, de concentraţii 0.1, 0.2 şi 0.5 %. Eficienţa de îndepărtare a metalelor grele s-a investigat pe soluţii de concentraţii cunoscute de ioni de Cu²⁺ şi Cr⁶⁺. Concentraţia diferită de alginat de sodiu în soluţia monomerică şi doza diferită de iradiere au condus la obţinerea de rate de grefare diferite: 2000% pentru probe care conţin 1%, respectiv de până la 500% pentru probe care conţin 2%. În cadrul studiilor de floculare s-au obţinut transmitanţe între 98 şi 100 % pentru polielectroliţii care conţineau 2% alginat de sodiu utilizaţi în concentraţii de 0.5 şi 1 ppm pe o suspensie de caolin de 0.1 wt %. Concentraţia de polimer a fost determinată ca fiind critică pentru suspensiile de caolin de 0.05 şi 0.1 wt%. Studiile realizate în vederea determinării capacităţii de îndepărtare a metalelor grele din soluţii apoase conţinând ioni de Cu²⁺ şi Cr⁶⁺ au arătat că polimerii care conţin 1% alginat de sodiu sunt mai eficienţi în îndepărtarea ionilor de Cr⁶⁺ în timp ce polimerii care conţin 2% alginat de sodiu sunt mai eficienţi în îndepărtarea ionilor de Cu²⁺.

Abstract this graphic:

Faza nr. 44

Responsabil: Dr. M. Măgureanu

Termen de predare: 12.06.2020

Title: „Caracterizarea descărcării electrice utilizate pentru funcţionalizarea materialelor”

Abstract: În această fază a fost investigată o descărcare luminescentă în hidrogen în diferite regimuri de funcţionare: la presiune scăzută (0.2 mbar), unde lumina negativă (NL) este prezentă în întreaga cameră de descărcare şi la presiune mai ridicată (2-4 mbar), unde coloana pozitivă (PC) este vizibilă pe întreaga lungime a tubului. Puterea de descărcare a fost variată în domeniul 0.4-1.4 W. S-a constatat că gradul de disociere a hidrogenului molecular este mai redus la presiune mai ridicată, în coloana pozitivă, comparativ cu regiunea luminii negative obţinută la presiune redusă. A fost determinată temperatura electronică de excitare în NL, cu valori în domeniul 8600-9060 K. De asemenea, a fost evaluată temperatura de rotaţie, care poate fi considerată o măsură a temperaturii gazului, cu valori în domeniul 350-500 K.

Abstract this graphic:

Faza nr. 45

Responsabil: Dr. M. Filipescu

Termen de predare: 12.06.2020

Title: „Depunere şi caracterizare de heterostructuri dielectrice”

Abstract: In ultima decadă, în România, dezvoltarea facilităţilor bazate pe laseri de mare putere, de ordinul petawaţilor, precum ELI-NP dotată cu sisteme laser de mare putere cu pulsuri ultra-scurte (> 10 PW) şi CETAL din cadrul INFLPR, dotată cu un laser de 1 PW, implică folosirea de componente optice cu proprietăţi speciale. In acest raport s-a stabilit configuraţia finală (modelul) a acoperirilor AR sub formă de mono-straturi de silicaţi (HfSixOy sau AlSixOy), fiind prezentate investigaţiile proprietăţilor fizice realizate pe aceste acoperiri. Straturile AR au fost obţinute prin depunere laser pulsată (PLD) şi depunere laser pulsată asistată de o descărcare în radio-frecvenţă (RF-PLD), căutându-se parametrii experimentali (lungime de undă, presiune gaz reactiv, fluenţa laser, număr pulsuri laser) optimi pentru a obţine straturi cu proprietăţi anti-reflex capabile să reziste la interacţia cu radiaţia laser de energie mare şi pulsuri ultra-scurte. Astfel, mono-straturile bazate pe HfSixOy sau AlSixOy sunt obţinute din combinarea compuşilor binari HfO2 şi SiO2/sau Al2O3, în procente egale.
Din analizele efectuate şi ţinând cont de specificaţiile necesare ca un strat să fie utilizat ca anti-reflex pentru interacţia cu pulsuri ultra-scurte de mare intensitate, cele mai bune structuri de tip mono-strat sunt cele de silicat de hafniu şi cele de silicat de aluminiu obţinute prin PLD (λ=193 nm, Ts=600˚C).
S-a dovedit că prezenţa descărcării RF în procesul de depunere PLD nu este benefică pentru obţinerea de straturi AR, aceasta inducând o nanostructurare a filmelor şi implicit o mai mare rugozitate.

Abstract this graphic:

Faza nr. 46

Responsabil: Dr. C. Fleacă

Termen de predare: 12.06.2020

Title: „Producerea de nanostructuri carbonice preponderent uni sau bidimensionale prin tehnici asistate cu laser CO2 în undă continuă”

Abstract: În această fază am reuşit să obţinem o serie de nanostructuri carbonice cu potenţiale aplicaţii în stocarea/generarea de energie. Astfel, o primă direcţie de cercetare a vizat sinteza de nanoparticule carbonice dopate/cu conţinut de diverşi halogeni (F, Cl sau I) prin piroliză laser şi caracterizarea acestora (prin tehnici XRD, EDS, Raman, FTIR, TEM). Astfel au fost folosite pe post de precursori două hidrocarburi gazoase – acetilena şi etilena – aceasta având şi rol de agent de transfer al energiei laserului, precum şi compuşi halogenaţi cum sunt hexafluorura de sulf, tetraclorura de staniu, tricloroetilena, iodul molecular şi iodura de metil. Structura acestor nanoparticule este în general turbostratică, în unele cazuri obţinându-se şi hidrocarburi aromatice halogenate cum este C6Cl6, dar şi fullerenă C60. Altă direcţie de dezvoltare a constat în cuplarea pirolizei laser cu Depunerea Termică din fază de Vapori CVD în cuptor pentru a genera în prezenţa acetilenei nanotuburi/nanofibre carbonice dopate cu azot catalizate de nanoparticule pe bază de fier din precursori pentacarbonil de fier şi amoniac înconjuraţi/diluaţi de argon. În anumite experimente s-a observat şi formarea unor particule submicronice carbonice cu dimensiuni foarte apropiate. A treia direcţie s-a focalizat pe obţinerea şi caracterizarea de grafene cu structură poroasă şi suprafaţă specifică mare (numite grafene induse cu laserul) folosind interacţia în mediul ambiant a unui fascicol laser cu CO2 ce emite în infraroşu la 10.6 μm cu filme poliimidice aromatice ce au fost la randul lor obţinute prin imidizarea acidului poliamic corespunzător, care are avantajul solubilităţii în anumiţi solvenţi polari şi astfel poate fi depus în forma/grosimea dorită. Morfologia nanostructurilor rezultate prin piroliză laser + CVD cât şi cea a structurilor grafenice tip spumă generate la piroliza poliimidelor a fost observată în detaliu prin tehnica de microscopie de baleiaj SEM.

Abstract this graphic:

Faza nr. 47

Responsabil: Dr. A. Popescu

Termen de predare: 12.06.2020

Title: „Imprimare 3D de obiecte metalice cu geometrie complexă”

Abstract: În această fază a proiectului Nucleu am realizat obiecte 3D prin imprimare LMD. Scopul a fost de a determina limitările metodei pentru obţinerea de obiecte metalice de mici şi mari dimensiuni. Am reuşit progrese remarcabile în creşterea rezoluţiei metodei de imprimare 3D şi am produs dispozitive medicale de fixare a implanturilor ortopedice. Strategia de scanare şi optimizarea parametrilor laser au jucat un rol esenţial în reuşita acestor experimente. Pe de altă parte, în cazul obiectelor de mari dimensiuni au trebuit rezolvate două probleme majore: i. creşterea neliniară a materialului depus, ceea ce poate cauza o inexactitate a imprimării obiectului 3D care nu va respecta cotele din desenul tehnic; ii. programul CAM pentru forme complexe poate deveni prea mare pentru memoria limitată a sistemului de imprimare LMD. Prima problemă a fost rezolvată printr-un studiu asupra distanţei dintre straturile care formează obiectul 3D. După numeroase teste am obţinut o liniaritate a creşterii materialului pe substrat ceea ce a permis obţinerea de forme cu dimensiuni corecte. Cea de a doua problemă a fost rezolvată prin realizarea obiectului din mai multe programe, existând totuşi un mic inconvenient prin acea că pe suprafaţa obiectului vor exista delimitări vizibile între părţile produse cu secvenţe de program.

Abstract this graphic:

Faza nr. 48

Responsabil: Dr. C. Achim

Termen de predare: 12.06.2020

Title: „Evaluarea produșilor stresului oxidativ utilizând testele de respirație”

Abstract: Scufundările subacvatice ar putea crește producția de radicali liberi, care acționează ca molecule de semnalizare pentru a induce adaptarea împotriva atacului oxidativ.
Scopul cercetării a fost de a studia impactul efectelor scufundării analizând compoziția gazelor din respirația expirată a scafandrilor profesioniști. Concentrațiile de etilenă, amoniac și dioxid de carbon din respirația scafandrilor au fost măsurate înainte și după cufundarea la 8 m adâncime în Marea Neagră. Cu ajutorul testului de respirație folosind spectroscopia cu infraroșu s-au analizat cele trei gaze: etilena- pentru starea de stres oxidativ, amoniacul-pentru degradarea proteinelor, și dioxidul de carbon din respirația celor șase scafandri.

Abstract this graphic:

Faza nr. 49

Responsabil: Dr. C. Gheorghe

Termen de predare: 14.07.2020

Title: „Cercetări privind soluții avansate pentru realizarea de surse coerente de fotoni bazate pe ionii Pr³⁺ şi Pr³⁺-Yb³⁺ cu emisie în vizibil. Procese de conversie superioară în fosfori de tip perovskit dopaţi cu Er³⁺ şi Yb³⁺„

Abstract: I. Investigaţii spectroscopice ale ionilor Pr³⁺ şi Pr³⁺-Yb³⁺ în Ca₃(Nb,Ga)₅O₁₂ (CNGG) monocristale şi ceramici au fost efectuate în scopul evaluării ca materiale laser şi fosfori pentru emisie în vizibil. Monocristalele Pr:CNGG şi Pr-Yb:CNGG au fost crescute prin metoda Czochralski iar probele ceramice au fost obţinute prin metoda reacţiei în stare solidă. Toate probele au fost caracterizate prin difracţie de raze X şi spectroscopie optică. Pentru cristalul CNGG: Pr (1.8 at%) au fost calculate secţiunile eficace de emisie pentru diverse tranziţii din domeniul vizibil însă cea mai mare valoare obţinută a fost 1.9×10^-19 cm² la 656 nm corespunzătoare tranziţiei ³P₀ → ³F₂. Acest fapt recomandă cristalul CNGG: Pr ca potenţial mediu activ în roşu; S-au studiat procesele de transfer de energie în probele ceramice de CNGG co-dopate cu Pr-Yb. Au fost realizate diagramele cromatice CIE ale spectrelor de emisie corespunzătoare ionilor Pr³⁺ obţinute în urma diferitelor lungimi de undă de excitare. S-a observat că în funcţie de lungimea de undă de excitare şi concentraţia de Yb³⁺, coordonatele CIE se deplasează din regiunea roşu, albastru şi verde. Această schimbare a coordonatelor de culoare demonstrează că sistemele CNGG: Pr -Yb pot fi reglate controlând concentrația de Yb³⁺ precum şi sursa de pompaj.
II. Materiale ceramice de tip perovskit LaAlO₃ şi SrTiO₃ co-dopate cu ioni Er³⁺-Yb³⁺ au fost investigate în scopul evaluării lor ca fosfori pentru domeniul vizibil. Fosforii LaAlO₃ şi SrTiO₃ dopaţi cu concentraţii diferite de ioni Er³⁺ şi Yb³⁺ au fost obţinuţi prin două metode de sinteză: reacție în fază solidă și metoda sol-gel. Materialele obţinute au fost investigate prin difracție de raze X. Difractogramele au arătat că fosforii LaAlO₃:Er:Yb și SrTiO₃:Er:Yb preparaţi prin ambele metode sunt bine cristalizaţi indicând faza LaAlO₃, respectiv SrTiO₃. Fosforii LaAlO₃:Er:Yb și SrTiO₃:Er:Yb au fost caracterizaţi prin spectroscopie optică (reflectanță difuză și luminiscență). Astfel, prin procese de upconversie, în urma pompajului cu 973 nm au fost observate luminescenţe în domeniul vizibil, în roșu (660 nm, ⁴F_9/2 → ⁴I_15/2), verde (550 nm, (²H_11/2,⁴S_3/2) → ⁴I_15/2), violet (408 nm, ²H9/2→⁴I15/2) și ultraviolet (380 nm, ⁴G_11/2→⁴I_15/2). Cea mai eficientă emisie a fost în domeniul verde. Experimentele au arătat că fosforii obținuți prin metoda sol-gel sunt mai eficienți decât cei obținuți prin reacție în fază solidă, iar fosforul LaAlO₃ dopat cu Er³⁺(1%) și Yb³⁺(3%) este mai eficient decât SrTiO₃ dopat cu Er³⁺(1%) și Yb³⁺(3%). Rezultatele obţinute recomandă materialul LaAlO₃:Er³⁺:Yb³⁺ ca fosfori eficienţi prin conversie superioară pentru aplicații în vizibil.

Abstract this graphic:

Faza nr. 50

Responsabil: Dr. C. Poroşnicu

Termen de predare: 14.07.2020

Title: „Caracterizarea retenţiei de He în filmele de W, Fe respectiv Cr co-depuse prin tehnologia HiPIMS”

Abstract: Un considerent cheie pentru dezvoltarea reactoarelor de fuziune termonucleară este reprezentat de materialele ce intră în compoziţia componentelor expuse la plasmă. Aceste componente au rolul de a proteja structura incintei şi alte sub-componente, precum bobinele, de efectele negative ale interacţiei plasmă-perete. EUROFER (9Cr-1W) reprezintă materialul structural de referință pentru viitoarele reactoare DEMO și modulul de testare ITER.
Obiectivul acestei faze a fost studiul condiţiilor optime de depunere a filmelor subţiri cu conţinut de wolfram, crom și fier şi incluziuni gazoase de heliu. Au fost astfel realizate straturi subţiri compozite din aceste materiale. Depunerile au fost realizate prin metoda HiPIMS (High Power Impuse Magnetron Sputtering – Pulverizare Magnetron în Impuls de Mare Putere). Toate filmele subţiri obţinute au fost studiate din punct de vedere morfologic, structural, compozițional, precum şi din perspectiva caracterizării mecanismului de retenţie al heliului în aceste materiale similar retenţiei de combustibil nuclear în timpul funcţionării reactorului de fuziune.
Filmele de Cr-W, W-Fe şi, respectiv, Cr-Fe obţinute prin metoda HiPIMS în atmosferă de Ar-He au fost supuse analizelor morfologice prin investigaţii de microscopie electronică de baleiaj şi compoziţional prin analiză de fluorescenţă de raze X. Acest studiu fiind în principal axat pe investigarea comportamentului de eliberare a He din structurile obţinute, au fost efectuate măsurări spectroscopice de desorbţie termică pentru determinarea nivelului de deuteriu din probe. Structurile Cr-Fe codepuse în atmosferă de Ar + He au prezentat o uniformitate bună a filmului rezultat, iar pentru filmele subţiri cu conţinut de W au fost evidenţiate structuri de suprafaţă, sub formă de semisfere, cu o dimensiune medie de 280 nm. Desorbţia He din structurile analizate prezintă caracteristici similare eliberării gazelor nobile din metale pe intervale largi de temperatură. Desorbţia He la temperatură scazută este atribuită eliberării din capcane de energie joasă.

Abstract this graphic:

Faza nr. 51

Responsabil: Dr. A. Petriş

Termen de predare: 14.07.2020

Title: „Răspunsul neliniar de ordinul trei al unor probe semiconductoare structurate sub-lungimea de undă”

Abstract: Materialele semiconductoare cu transparenţă ridicată în diferite domenii spectrale şi care prezintă modificări semnificative ale proprietăţilor optice induse de lumina laser sunt utilizate în funcţionalităţi fotonice de ghidare, comutare, limitare, stocare, generare, senzori optici, cu aplicaţii în comunicaţii optice, energie, securitate, spaţiu, etc.
Micro- şi nano-structurarea materialelor fotonice permite, în anumite condiţii, controlul interacţiunii dintre lumină şi aceste structuri prin modificarea proprietăţilor optice liniare ale acestora, confinarea câmpului electromagnetic, propagarea selectivă spaţial şi spectral, putând duce la o creştere a răspunsului optic neliniar cu numeroase aplicaţii în fotonică. Investigarea proceselor neliniare ultrarapide excitate de pulsuri laser ultrascurte în materiale structurate sub-lungimea de undă este importantă atât din punct de vedere fundamental, cât şi aplicativ, pentru functionalităţi fotonice.
Siliciul (Si), materialul dominant în industria microelectronicii, a devenit în ultima decadă şi cea mai importantă platformă tehnologică pentru circuite fotonice. Succesul deosebit al platformei de Si s-a datorat, în particular, tehnologiei silicon-on-insulator (SOI) şi utilizării plachetelor SOI pentru circuitele integrate fotonice şi pentru integrarea dintre electronică şi fotonică, utilizând investiţiile enorme realizate în industria electronică.
Am realizat o analiză teoretică şi un studiu experimental al efectului structurării sub-lungimea de undă asupra eficienţei răspunsului neliniar ultrarapid, electronic, specific generării armonicii a treia, în probe de SOI şi SOI structurat periodic sub-lungimea de undă. Generarea armonicii a treia s-a făcut utilizând pulsuri laser ultrascurte (~120 fs) la lungimea de undă de 1550 nm, importantă pentru functionalităţi fotonice cu aplicaţii în comunicaţii.
Analiza teoretică a abordat, în principal, indicele de refracţie efectiv al structurilor sub-lungimea de undă investigate, considerate ca medii compozite omogene şi influenţa acestui parametru asupra eficienţei procesului de generare a armonicii a treia, precum şi, calitativ, posibilitatea de confinare a câmpului electromagnetic în elementele structurilor sub-lungimea de undă investigate.
Experimentele de generare a armonicii a treia au demonstrat mărirea răspunsului optic neliniar (eficienţa procesului de generare a armonicii a treia) în SOI şi, în special, în SOI nano-structurat, faţă de Si, permiţând determinarea unor parametri de neliniaritate ai răspunsului ultrarapid al materialelor semiconductoare studiate, structurate sub-lungimea de undă, la lungimea de undă considerată importantă în comunicaţiile optice.

Abstract this graphic:

Faza nr. 52

Responsabil: Dr. Ş. Irimiciuc

Termen de predare: 14.07.2020

Title: „Studierea efectului condițiilor de depunere asupra calității straturilor subțiri prin tehnici de imagistică cu camera rapidă”

Abstract: În cadrul proiectului a fost vizată o continuare a punerii bazelor direcțiilor noi de cercetare în cadrul INFLPR, în particular diagnoza plasmelor de ablație cu tehnici optice. Pentru început, aspectul principal urmărit a fost investigația asupra dinamicii plasmelor de ablație laser a unor metale în geometrii similare celor utilizate în depunerea de straturi subțiri prin ablație laser (tehnica pulsed laser deposition – PLD). Implementarea unor astfel de tehnici optice, în general neinvazive, este absolut necesară sub lumina tranziției PLD-ului de la o tehnică experimentală la una industrială. Monitorizarea procesului de depunere poate facilita atât înțelegerea proceselor fundamentale dar și controlul proprietăților straturilor subțiri. Astfel, s-a implementat tehnica de imagistică cu camera ultra rapidă pentru monitorizarea plasmelor de ablație în diverse configurații de depunere (distanța țintă-substrat şi presiune) pentru condiții identice de iradiere. Analiza imaginilor obținute a dus la evidențierea a două sau trei structuri de plasmă ce sunt rezultatul mecanismelor diverse de îndepărtare a particulelor. Modificarea geometriei de depunere induce efecte importante asupra structurii şi geometriei plasmei de ablație ca rezultat al confinării în plan axial şi duce la existenta unor procese de retroîmprăștiere a particulelor ce ajung la substrat. Acest fenomen este esențial în procesul de depunere unde poate afecta proprietățile straturilor subțiri. Efectul poziționării substratului s-a putut observa şi în valorile vitezelor de expansiune ce tind spre valori de expansiune liberă regăsită la distante mari între țintă şi substrat. Implementarea tehnicii are beneficii multiple fiind o unealtă de investigare rapidă şi oferă informații calitative precum formă, structură în volum dar şi cantitative, precum viteze de expansiune şi distribuție unghiulară.

Abstract this graphic:

Faza nr. 53

Responsabil: Dr. V. Dinca

Termen de predare: 14.09.2020

Title: „Dezvoltarea de bio-platforme specific/localizat funcţionalizate pentru studiul asupra celulelor mamaliene -obţinerea şi analiza morfologică şi structurală de substraturi structurate prin MAPLE şi/sau prin transfer indus cu laserul –LIFT”

Abstract: Folosirea de polimeri biodegradabili sintetici ca materiale versatile care să aibă caracteristici fizico-chimice, biologice, biomecanice şi de degradabilitate bine definite este de interes în domeniile medicinii şi nu numai. De exemplu, pentru implanturile medicale, suprafaţa este acoperită/funcţionalizată adesea cu învelişuri la care biomoleculele sau celulele pot adera mai bine, sau care pot include şi elibera substanţe active cu funcţionalităţi specifice (antimicrobiene, antitumorale, stimulatoare de osteogeneză, etc). Dintre metodele folosite pentru obţinerea de filme subţiri şi sau structuri localizate pentru aplicaţii avansate în diverse domenii, precum medicină, farmacie, electronică, optică, mecanică, senzoristică, etc., metodele laser s-au dovedit a fi instrumente utile în procesarea suprafeţelor pentru obţinerea de bio-interfeţe cu proprietăţi controlate, de la modele topografice ale suprafeţelor polimerice naturale şi sintetice până la acoperiri pentru studiile legate de interacţia dintre celulă şi substrat sau pentru acoperiri simple şi compozite. Spre exemplu, utilizarea tehnicilor MAPLE şi LIFT pentru obţinerea atât de învelişuri multifuncţionale, cât şi pentru transferul cu rezoluţie spaţială localizată a multor tipuri de materiale funcţionale organice şi anorganice, biologice sau sintetice pe substraturi s-a dovedit a fi o metodă eficientă în diverse domenii (electronică, senzori, biofuncţionarea suprafeţei). În această fază, copolimerul multibloc PLCL-PEG-PLCL a fost folosit atât pentru obţinerea de învelişuri cu caracteristici optimizate (prin tehnica MAPLE), cât şi pentru obţinerea de pixeli polimerici localizaţi (prin tehnica LIFT). Caracteristicile morfologice şi rugozitatea acestora au fost modificate prin variaţia concentraţiei materialului din ţintă, a numărului de pulsuri şi a fluenţei laser şi au fost caracterizate proprietăţile acoperirilor în raport cu parametrii de depunere şi comportamentul preliminar al celulelor osteoblastice pe acoperirile optimizate.

Abstract this graphic:

Faza nr. 54a

Responsabil: Dr. F. Sima

Termen de predare: 14.09.2020

Title: „Dispozitiv lab-on-a-chip cu dimensiuni nanometrice fabricat în sticlă prin tehnologii laser substractive (partea I)”

Abstract: Tehnologiile emergente de procesare a biomaterialelor la scară micro- și nanometrică oferă în prezent o multitudine de posibilități de manufacturare cu înaltă rezoluție spațială a unor dispozitive microfluidice ce permit testarea reacțiilor biochimice în volume de ordinul nanolitrilor. În acest studiu, prezentăm rezultatele noastre de fabricare tridimensională (3D) pe arii mari, în volume de sticlă, a unor sisteme microfluidice compacte cu configurații ierarhice prin tehnici de corodare asistată de fascicul laser cu pulsuri de picoseconde (picosecond laser assisted etching – PLAE). Acestea sunt compuse din rezervoare deschise la suprafață și conectate prin rețele de microcanale create în volumul sticlei. Procesul cuprinde iradierea laser (Nd:YVO4, λ=532 nm, τ<10ps) urmată de un tratament termic și corodare chimică a unor sticle fotosensibile și permite fabricarea microcanalelor 3D în volum cu mare precizie și dimensiuni micrometrice. Un al doilea tratament termic este propus pentru a reduce dimensiunile canalelor și, în același timp, pentru a îmbunătăți calitatea optică și morfologică a suprafețelor procesate prin metoda PLAE. Prin ajustarea temperaturii și a intervalului de timp aferent tratamentului termic, au fost obținute suprafețe de sticlă procesată foarte netede, fără defecte și de rugozitate redusă la câțiva nanometri.

Abstract this graphic:

Faza nr. 55

Responsabil: Dr. O. Toma

Termen de predare: 14.09.2020

Title: „Transferul de energie în materiale oxidice cu fononi de energie mică pentru fosfori în domeniul vizibil. Ceramici sesquioxidice codopate cu ioni de pământuri rare pentru emisie laser în domeniul vizibil”

Abstract: Au fost sintetizate probe ceramice transparente de Y₂O₃ dopate cu perechi de ioni trivalenţi de lantanide (Yb³⁺, Er³⁺) şi (Nd³⁺, Er³⁺), prin reacţie în fază solidă. Probele obţinute sunt caracterizate de o foarte bună calitate optică, adecvată pentru obţinerea emisiei laser. A fost pus în evidenţă transferul de energie între ionii co-dopanţi de lantanide ca mecanism de excitare prin up-conversie pentru emisia de luminescenţă a Er³⁺ în vizibil.

Abstract this graphic:

Faza nr. 56

Responsabil: Dr. C. Surdu-Bob

Termen de predare: 14.09.2020

Title: „Explorarea posibilităţii de utilizare a filmelor cu conţinut de nitrură de carbon precum şi optimizarea acestora pentru noi senzori optici, dispozitive fotocatalitice sau LED-uri”

Abstract: În cadrul acestei etape s-a urmărit observarea posibilităţii de utilizare a filmelor cu conţinut de nitrură de carbon (realizate utilizând plasma C-HVAP) în domeniul senzorilor sau altor dispozitive electronice. Cercetările au fost îndreptate către proprietăţi optice şi senzoristică de umiditate, gaz metan şi oxid de carbon.
Capacitatea senzoristică a straturilor obţinute a fost testată utilizând un dispozitiv experimental dezvoltat în cadrul institutului.
Au fost realizate două tipuri de senzori de umiditate şi gaze, pe substrat organic şi respectiv anorganic.
Rezultatele experimentale au arătat faptul că straturile cu conţinut de nitrură de carbon prezintă proprietăţi de senzori de umiditate şi respectiv de gaz metan CH4 , la temperatura camerei. În ceea ce priveşte curba de răspuns a senzorului de umditate, s-a observat capacitatea de răspuns rapid.
Curba de răspuns a senzorului de gaz metan obţinută sugerează faptul că senzorul este foarte precis (răspunde instantaneu) şi este sensibil chiar şi la concentraţii de 10 ppm de gaz metan.
Cercetări ulterioare cu scopul obţinerii unor senzori de calitate vor ţinti atât testarea specificităţii pentru umiditate şi respectiv pentru gaz metan cât şi condiţiile ambientale optime de funcţionare.

Abstract this graphic:

Faza nr. 57

Responsabil: Dr. T. Crăciunescu

Termen de predare: 14.10.2020

Title: „Metode de segmentare de tip semantic a imaginilor provenite din reconstrucţii tomografice (reţele neuronale convoluţionale, reţele cu codare-decodare)”

Abstract: Tomografia de transmisie de raze X poate furniza reconstrucţii de înaltă rezoluţie spaţială ale structurilor de pori în probele analizate. Informaţiile tomografice legate de porozitatea probelor pot fi utilizate pentru diferite studii teoretice şi aplicaţii practice legate de curgerea fluidelor, segmentarea reconstrucţiilor tomografice reprezintă un pas esenţial. Diferite tehnici de segmentare bazate pe setarea de praguri în histograma de culori a reconstrucţiei precum şi tehnici de segmentare adaptive locale au fost propuse în literatură, pentru reconstrucţiile tomografice provenite de la sisteme industriale sau de la sincrotroane de raze X, care descriu porozitatea naturală sau indusă artificial a probelor. Recent, metodele de segmentare semantice, bazate pe reţele neuronale convoluţionale, au început a fi considerate o soluţie cu foarte bune perspective. Cercetările raportate aici au avut ca scop dezvoltarea unei metode de segmentare bazate pe o reţea de tip ‘U-net’ pentru studiul probelor provenite din industria petrolieră. Probele au fost analizate cu ajutorul sistemului de miro-tomografie de raze X de la INFLPR (tomography.inflpr.ro) care constă dintr-o sursă de raze X de tip Microfocus, un detector de tip flat panel Varex PerkinElmer (2048×2048 pixeli), şi un sistem de axe micromotorizate pentru poziţionarea şi deplasarea probelor cu precizie micronică. Structura probelor a fost simulată numeric pentru generarea unui set de antrenament pentru reteaua ‚U-net’, evitând astfel necesitatea unui set extins de măsurări tomografice pentru construirea unui set cuprinzător necesar antrenării reţelei ‚U-net’. Rezultatele demonstrează că această abordare inovativă este capabilă sa producă segmentări de foarte bună calitate.

Abstract this graphic:

Faza nr. 58

Responsabil: Dr. M. Nemţanu

Termen de predare: 14.10.2020

Title: „Impactul sinergetic de tratamente fizice combinate asupra comportamentului reologic al amidonului”

Abstract: În prezenta fază s-a urmărit îndeosebi posibilitatea de a combina iradierea cu electroni accelerați EA cu tratamentul cu plasmă P (descărcări electrice corona – DEC sau plasmă de radio-frecvență – RF) pentru modificarea amidonului nativ, cu evidențierea unui efect sinergetic al acestor tratamente combinate la nivelul comportamentului reologic al amidonului. Totodată, s-a urmărit și analiza și modelarea matematică a evoluției “doză-efect” din perspectiva vâscozității aparente a amidonului modificat prin tratamentele studiate.
Acțiunea combinată a iradierii cu EA și a tratamentului cu plasmă a produs modificări ale proprietăților amidonului nativ pentru aceeași doză de iradiere în comparație cu iradierea singulară cu EA. Astfel, studiul s-a axat pe investigarea și evaluarea comportamentului reologic al amidonului, în special a vâscozității aparente, și a efectului sinergetic al tratamentelor combinate aplicate pentru modificarea amidonului nativ comparativ cu iradierea cu EA.
Vâscozitatea aparentă a fost afectată după iradierea cu EA, cât și după aplicarea tratamentelor combinate, însă urmând modele de scădere exponențială diferite. Au fost astfel dezvoltate modelele matematice corespunzătoare pentru evoluția vâscozității aparente cu doza de iradiere pentru fiecare tratament investigat, cu care au fost estimate doza specifică de iradiere cu EA a amidonului nativ (D_EA), doza specifică de iradiere pentru fracțiunea (f) afectată de plasmă (D) în cazul tratamentului P/EA, doza caracteristică de răspuns a amidonului iradiat, din fracțiunea (f) afectată de plasmă (D_EA) în cazul tratamentului EA/P și fracțiunea (f) din granula de amidon afectată de plasmă.
Toate dozele obținute pentru tratamentele combinate au prezentat valori semnificativ mai mici comparativ cu doza medie caracteristică a amidonului nativ iradiat cu EA. Valorile diferite obținute pentru doza caracteristică de iradiere și fracția (f) afectată de plasmă, în cazul tratamentelor combinate, sugerează că plasma RF produce o sensibilizare mai mare a amidonului la iradiere cu EA față de DEC. Amidonul nativ odată iradiat răspunde relativ similar la expunerea în plasmă, indiferent de tipul acesteia.
Raportul sinergetic RS pentru fiecare doză de iradiere cu EA coroborat cu tratamentul cu plasmă, indiferent de secvența de aplicare a acestora, a arătat că tratamentele combinate EA cu plasmă determină un efect sinergetic. A fost demonstrat și că pretratarea cu plasmă a amidonului expus ulterior iradierii cu EA este mai eficientă în scăderea vîscozității aparente a amidonului de porumb decât iradierea cu EA și decât tratamentul combinat EA/P, cu utilizarea unei doze de iradiere mai mici decât în cazurile iradierii cu EA sau a tratamentului EA/P, pentru obținerea aceluiași efect asupra vâscozității aparente.

Abstract this graphic:

Faza nr. 59

Responsabil: Dr. B. Mitu

Termen de predare: 14.10.2020

Title: „Realizarea prin tehnici cu plasmă a unor structuri periodice relevante pentru aplicații în microaccelerare și caracterizarea acestora”

Abstract: Etapa de față a proiectului evidențiază capabilitățile de procesare cu plasmă reactivă la presiune joasă pentru obținerea unor structuri periodice cu relevanță pentru microaccelerarea de electroni. Pe de o parte, au fost sintetizate sfere de silica de dimensiune aproximativ 522 nm prin metoda Stober, iar pe de alta au fost achiziționate sfere de polistiren de 400 nm, ambele tipuri de materiale fiind ulterior autoasamblate prin acoperire spin coating în structuri monostrat cu periodificare controlată. Rezultatele obținute evidențiază posibilitatea corodării controlate a sferelor, dacă se utilizează atmosfera de plasă reactivă propice, generand în acest fel măști pe bază de litografie coloidală. Mai mult, prin corodarea alternativă a substratului, în condiții specifice, se pot obține pilari în substrat, mentinând dimensionalitatea dorită și ordonarea acestora, indusă de masca procesată. Tehnicile de procesare matematică pentru transformare Fourier a imaginilor de morfologie (SEM) și topografie (AFM) au completat pe cele de investigare experimentală a structurilor și susțin rezultatele obținute. În plus, am dovedit și posibilitatea obținerii de structuri ordonate tip fagure prin acoperirea măștii cu straturi metalice urmată de înlăturarea măștilor utilizate pentru procesare.

Abstract this graphic:

Etapa a II-a

Faza nr. 60

Responsabil: Dr. C. Viespe

Termen de predare: 9.12.2020

Title: „Realizarea şi caracterizarea senzorilor pe bază de nanoparticule oxidice pentru detecţia de compuşi organici volatili”

Abstract: A fost realizată faza ‘’Realizarea şi caracterizarea senzorilor pe bază de nanoparticule oxidice pentru detecţia de VOC‘’, toate obiectivele ei fiind îndeplinite.
Au fost realizate prin ablaţie laser nanoparticule (NP) oxidice de ZnO, TiO₂ şi WO₃, în aceleaşi condiţii experimentale, pentru a observa modul în care natura materialului influenţează caracteristicile acestora. S-au utilizat ţinte de ZnO, TiO₂ şi respectiv WO₃, iar NP au fost colectate pe membrane amplasate la 35 mm distanţă faţă de ţintă. Pentru a obţine informaţii legate de morfologie, NP au fost studiate prin intermediul microscopiei electronice de baleiaj (SEM).
Pentru toate cele trei tipuri de oxizi utilizaţi, NP au prezentat formă sferică, de dimensiuni diferite, sub formă de aglomerări. Dimensiunile NP de ZnO s-au încadrat între 10-20 nm, iar cele de WO₃ între 10-30 nm. TiO₂ a prezentat un comportament diferit, obţinându-se particulele cu dimensiuni de aproximativ 1 µm, la suprafaţa cărora se pot observa NP cu dimensiuni între 10-20 nm.
NP au fost înglobate pe rând în două tipuri de polimeri, polietilenimina (PEI) şi polidimetilsiloxan (PDMS), obţinându-se soluţii polimer-NP cu concentraţia de 0.8 mg/ml. Aceste soluţii au fost depuse pe substraturile de cuarţ prin tehnica air-brush (pulverizare). Grosimea filmelor obţinute a fost de aproximativ 200 nm. Prin măsurări ale rugozităţii s-a putut constata că prezenţa NP conduce la micşorarea valorii acesteia, datorită capacităţii NP de a micşora tensiunea de la nivelul filmelor şi de a influenţa astfel gradul de udare al substratului.
Senzorii obţinuţi au fost testaţi la patru tipuri de VOC (Volatile Organic Compounds-Compuşi organici volatili): etanol, toluen, acetonă şi dicloretan. Prezenţa NP conduce la o creştere considerabilă a sensibilităţii filmelor pentru toate tipurile de NP. Senzorii cu WO₃ s-au remarcat ca având cea mai bună sensibilitate pentru majoritatea analiţilor; în mod special aceştia au indicat un salt de frecvenţă mai pronunţat pentru acetonă. De asemenea, s-a putut constata că pentru senzorii cu PEI s-au obţinut salturi de frecvenţă de aproximativ 10 ori mai mari decat în cazul senzorilor cu PDMS.
Obiectivele fazei au fost îndeplinite şi a fost creată o bază pentru realizarea fazei următoare, care presupune dezvoltarea de senzori pe bază de nanoparticule pentru detecţia de radiaţie UV.

Abstract this graphic:

Faza nr. 61

Responsabil: Dr. V. Crăciun

Termen de predare: 9.12.2020

Title: „Modificarea structurii benzii interzise prin dopare /aliere cu alţi oxizi metalici în filme subţiri depuse prin ablaţie laser”

Abstract: În această fază s-au studiat structura şi proprietăţile filmelor de ZnO dopate cu Ag şi ale filmelor de SnO₂. Rezultatele investigaţiilor au arătat că pentru filmele de ZnO, o concentraţie de până la 2% Ag nu induce modificări esenţiale în structura cristalină, filmele crescând texturate după direcţia (002), aşa cum au indicat investigaţiile de difracţie cu raze X şi măsurările polare de difracţie de raze X. De asemenea, investigaţiile de reflectivitate speculară şi difuză a radiaţiei X la incidenţă simetrică sau variabilă (XRR şi XRDS) au confirmat că nici densitatea de masă şi rugozitatea suprafeţei filmelor depuse nu este modificată de doparea cu atomi de Ag. Filmele de SnO₂ depuse pentru durate diferite folosind Ar sau Ar conţinând 5% O₂ au fost investigate folosind tehnici avansate cu rezoluţie nanometrică. Rezultatele au indicat că atât grosimea filmelor, cât şi atmosfera utilizată în timpul depunerii şi temperatura substratului pot afecta structura şi proprietăţile optice ale acestor filme. În funcţie de aplicaţia vizată se pot obţine filme nanocristaline, cu grăunţi cristalini de dimensiuni de ordinul a 10-20 nm, cu valori mici ale micro-stersului şi cu valori ale benzii interzise variabile, în jurul valorii de 4 eV. Deşi investigaţiile de difracţie a radiaţiei X la incidenţă razantă au sugerat şi prezenţa unor compuşi cristalini de tipul Sn₃O₄ monoclinic pe lângă compusul SnO₂ tetragonal, investigaţiile de spectroscopie a electronilor excitaţi cu radiaţie X au indicat prezenţa unui singur compus chimic. Valoarea energiilor de legătură determinate pentru liniile O 1s şi Sn 2p au indicat doar prezenţa compusului SnO₂ în filmele depuse. De asemenea, folosirea unei atmosfere conţinând oxigen a rezultat în încorporarea unei cantităţi mici de oxigen în structura cristalină a filmului, fără a afecta parametrii de reţea.

Abstract this graphic:

Faza nr. 62

Responsabil: Dr. F. Dumitrache

Termen de predare: 9.12.2020

Title: „Diversificarea ariei de aplicaţii teranostice sau antimicrobiene a caracteristicilor nanostructurilor magnetice pe bază de fier prin adiţia de titan şi siliciu”

Abstract: În această etapă de cercetare, sunt dezvoltate studii parametrice privind sinteza de NPs de oxid de fier dopate sau ancorate cu NPs pe bază de Si sau Ti. Sunt realizate cu succes mostre de NPs cu compoziţie hibridă Si-Fe, hibridă oxid de fier-oxid de siliciu, miez de oxid de fier cu înveliş, conţinând grupe funcţionale Si-O sau Si-OH, nanoparticule de oxid de fier dopate cu Ti sau oxizi micşti de fier şi titan. Au fost realizate încercări, ce trebuie continuate în ce priveşte sinteza de nanostructuri hibride de oxid de fier şi oxid de titan. Nanoparticulele sintetizate au fost uneori tratate termic sau spălate prin tehnica Soxhlet pentru purificare compoziţională. Nps sunt analizate comprehensiv prin: FT-IR, EDS, XRD, TEM, SEM, BET. Sunt raportate palete largi de NPs, atât în ce priveşte compoziţia elementală, cea a nanofazelor cristaline şi a dimensiunii medie de particulă. Dopajul cu Si a permis diminuarea dimensiunii de particulă de la valori de 8-10 nm până la particule medii de sub 4 nm, dimensiuni ce se vehiculează ca fiind utile aplicaţiilor NPs pe bază de fier tip SPION. Pulberi proaspăt sintetizate sau tratate sunt subiectul preparării de suspensii stabilizate sau funcţionalizate. Se foloseşte o paletă numeroasă de poli-electroliţi, fiecare suspensie realizată în mediul apos, fiind analizată EDS şi DLS pentru a evalua gradul de acoperire şi stabilitatea în timp a nanoagregatelor dispersate. Astfel, sunt elaborate reţete de preparare de suspensii stabilizate de NPs hibride de fier-siliciu sau de oxid de fier cu dopaj/ decorare de Ti sau Si cu potenţială activitate antivirală antimicrobiană sau antitumorală. Pe baza studiilor realizate şi a finanţării obţinute în cadrul acestui proiect NUCLEU sunt publicate 4 articole ştiinţifice în reviste cu un coeficient ISI ridicat, alte două articole fiind în prezent trimise spre publicare.

Abstract this graphic:

Faza nr. 54b

Responsabil: Dr. F. Sima

Termen de predare: 9.12.2020

Title: „Dispozitiv lab-on-a-chip cu dimensiuni nanometrice fabricat în sticlă prin tehnologii laser substractive (partea II.1)”

Abstract: Tehnologiile emergente de procesare a biomaterialelor la scară micro- și nanometrică oferă în prezent o multitudine de posibilități de manufacturare cu înaltă rezoluție spațială a unor dispozitive microfluidice ce permit testarea reacțiilor biochimice în volume de ordinul nanolitrilor. În acest studiu, prezentăm rezultatele noastre de migrare a celulelor canceroase prin canale micrometrice tridimensionale de sticlă obținute prin procesarea laser cu pulsuri picosecunde (ps) cu rată mare de repetiție asistată de corodare chimică (eng. picosecond laser-assisted etching – PLAE). Am observat că celulele pot migra rapid (aproximativ o oră), iar viteza de migrare este invers proporțională cu volumul canalului. Aplicația prevăzută poate ținti terapia personalizată a cancerului cu un instrument nou de precizie medicală. Mai exact, biopsiile ar putea fi analizate prin cultivarea tumorilor canceroase recoltate de la pacienți în biochip-uri microfluidice. Evaluarea comportamentului populației celulare ar putea fi corelată cu gradul de migrare și invazivitate de la nivel unicelular. Obiectivul este acela de a testa doze individuale pentru radioterapie, chimioterapie specifică, imunoterapie sau combinațiile acestora.

Abstract this graphic:

Faza nr. 64

Responsabil: Dr. I. Păun

Termen de predare: 9.12.2020

Title: „Imprimare 4D de implanturi din nanocompozite magnetice pentru controlul comportamentului celular”

Abstract: Imprimarea în 4 dimensiuni (imprimarea 4D) utilizează aceleași tehnici de imprimare 3D prin depunerea programată de computer a materialului în straturi succesive pentru a crea un obiect tridimensional, la care se adaugă dimensiunea transformării în timp. Imprimarea 4D este un tip de materie programabilă, în care, după procesul de fabricație, produsul tipărit reacționează la anumiți parametri din mediu (în cazul de față la câmpuri magnetice statice) și își schimbă funcționalitatea sau forma în consecință. Studiul demonstrează un concept pentru organizarea celulelor 2D prin expunere la câmpuri magnetice statice folosind micromagneți superparamagnetici fabricați prin scriere directă cu laser prin polimerizare cu doi fotoni (LDW prin TPP) a unui compozit superparamagnetic fotopolimerizabil. Compozitul a constat dintr-un fotopolimer biocompatibil (Ormocore), amestecat cu 4 mg / mL nanoparticule superparamagnetice (MNPs). Micromagneții au fost proiectați în formă de pătrate cu dimensiunea laterală de 70 µm. Pentru a minimiza rolul topografiei asupra ataşării celulelor, am fabricat microarii 2D similare cu o tablă de șah, în care micromagneții superparamagnetici alternează cu zone nemagnetice de formă identică și dimensiune laterală la fel cu cea a micromagneților, realizate din Ormocore prin tehnica LDW prin TPP. Diferența de înălțime între zonele superparamagnetice și nemagnetice a fost de aproximativ 6 µm. S-a constatat că, în absența unui câmp magnetic static, fibroblastele s-au atașezat uniform pe întreaga microarie 2D, fără preferință pentru zonele superparamagnetice sau nemagnetice. Sub acțiunea unui câmp magnetic static de 1.3T, fibroblastele s-au atașat exclusiv pe micromagneții superparamagnetici, rezultând o organizare precisă a celulelor in 2D pe microaria de tip tablă de șah. Metoda descrisă are un potențial semnificativ pentru fabricarea de micromagneți biocompatibili cu geometrii bine definite pentru construirea unor grefe de piele adaptate pentru integrarea optimă a țesuturilor, începând de la manipularea unei singure celule până la formarea de țesuturi şi chiar organe.

Abstract this graphic:

Faza nr. 65

Responsabil: Dr. B. Mihalcea

Termen de predare: 9.12.2020

Title: „Proiectarea și realizarea unui sistem electronic de alimentare al electrozilor unei capcane Paul destinată stocării de ioni (microparticule).”

Abstract: Scopul cercetărilor efectuate în cadrul acestui contract este de a deschide noi perspective și de a valida noi protocoale experimentale destinate efectuării diagnozei aerosolilor și nanoparticulelor, cu un accent special pe proprietăţile optice asociate acestora. Ideea de bază a acestor cercetări este de a testa noi metode și tehnici experimentale pentru caracterizarea detaliată a proprietăţilor fizico-chimice asociate acestor particule. Cercetările efectuate în cadrul proiectului sunt orientate spre investigarea microparticulelor și a aerosolilor urbani, pentru a putea caracteriza proprietăţile lor optice, foarte puțin cunoscute, prin utilizarea unei abordări complexe, care combină măsurările efectuate la sol prin utilizarea capcanelor electrodinamice (de tip Paul) și a tehnicilor de spectrometrie de masă bazate pe aceste tipuri de capcane. Microparticulele cu dimensiuni cuprinse între 1 μm și 200 μm pot fi confinate fie în ultravid, fie în aer (în condiții STP), prin intermediul câmpurilor cuadrupolare 3D sau 2D, și apoi investigate utilizând spectroscopia de fluorescenţă și spectrometria de masă bazată pe capcane de ioni cuadrupolare (QIT-MS). Caracterizarea spectrelor de emisie ale unei singure particule și ale semnăturilor asociate rezonanţei optice prin utilizarea teoriei Lorenz-Mie furnizează informaţii importante privind mărimea și forma particulei, sau privind indicele de refracţie al acesteia. Masa absolută și sarcina electrică a microsferelor izolate pot fi determinate prin măsurarea frecvenţelor oscilaţiilor seculare într-o capcană de tip Paul.
Rezultatele aşteptate sunt: (a) proiectarea și realizarea de geometrii noi de capcană liniare cuadrupolare (segmentate sau nu) și multipolare, care funcționează în condiții STP, optimizate pentru detecţia nanoparticulelor și aerosolilor, care permit creșterea raportului semnal-zgomot și o stabilitate îmbunătățită a particulei comparativ cu geometriile de capcană utilizate anterior; (b) realizarea de surse electronice de alimentare complexe, mixte, în c.a. (0 ÷ 4 kV, 40 Hz ÷ 2 kHz) și c.c. (0 ÷ 1 kV), programabile, pentru stocarea și diagnoza speciilor de microparticule și aerosoli, cu microcomputer integrat; (c) investigarea de noi metode cu sensibilitate crescută, bazate pe spectrometria de masă cu capcane ionice, utilizate pentru măsurarea sarcinii specifice pentru diferite specii de aerosoli; (d) investigaţii privind analiza compoziţiei chimice și optice a speciilor de aerosoli de interes; (e) un viitor rezultat al acestor cercetări îl poate constitui realizarea unor dispozitive portabile, bazate pe capcane de ioni care funcționează în aer, în condiții STP, destinate identificării aerosolilor și agenţilor poluanţi din atmosferă, prin măsurarea sarcinii specifice a acestora.

Abstract this graphic:

Anul 2021 – Schema de realizare a PN 19 15 01 01

Phase I

Faza nr. 66

Responsabil: Dr. M. Zamfirescu

Termen de predare: 13.05.2021

Title: „Simularea distribuției de câmp optic în structuri periodice de tip DLA și optimizarea geometriilor”

Abstract: Structurile tip DLA reprezintă microstructuri periodice ce pot fi utilizate pentru accelerarea de electroni utilizând radiație laser. Mecanismul de accelerare este asemănător instalațiilor de accelerare liniară prin radio-frecvențe, cu undă staționară. În cazul structurilor tip DLA, unda staționară este generată prin intermediul efectelor de focalizare în câmp apropiat, efecte generate de geometria specifică a structurii. Materialul utilizat, în acest caz, este transparent pentru lungimea de undă centrală a pulsului laser incident, λ=800 nm. Activitatea de cercetare din această etapă constă în proiectarea unor structuri tip DLA, simulări ale propagării unui câmp electromagnetic prin structuri și optimizarea geometriei structurii.
Structurile vor fi fabricate utilizând tehnologia de litografie 3D. Astfel, structurile au fost proiectate utilizând indicele de refracție pentru IP-Dip, ce reprezintă un fotorezist polimeric optimizat pentru scriere directă cu laser prin absorbție de 2 fotoni, la scară micrometrică. Simulările au fost realizate utilizând metoda diferențelor finite în domeniul timp. Proiectarea și simularea au fost realizate în limbajul de programare Python și utilizând pachetul software MEEP pentru rezolvarea ecuațiilor lui Maxwell. Rezoluția domeniului computațional este relativă la lungimea de undă, i.e. pasul rețelei de puncte a fost definit ca Δr = λ/15. În etapa de optimizare a fost modificată geometria structurii astfel încât să se țină cont de dimensiunea și forma spotului laser.
A fost, de asemenea, realizat un script Python pentru baleiajul parametrilor geometrici astfel încât să se identifice dimensiunile optime pentru obținerea unei distribuții de câmp electric corespunzătoare pentru accelerarea de electroni.

Abstract this graphic:

Faza nr. 67

Responsabil: Dr. F. Gherendi

Termen de predare: 13.05.2021

Title: „Spectroscopie optică de emisie a plasmei netermice”

Abstract: Obiectivul fazei l-a constituit investigarea prin spectroscopie optică de emisie a plasmei netermice. S-a urmărit prin aceste investigații spectroscopice optice de emisie cu rezoluție temporală identificarea speciilor din plasmă, determinarea parametrilor plasmei și identificarea amplasării optime în plasmă a materialelor ce urmează a fi depuse sau modificate.

Abstract this graphic:

Faza nr. 68

Responsabil: Dr. L. Ionel

Termen de predare: 13.05.2021

Title: „Analiza numerică a distorsiunilor spațio-temporale în sisteme laser bazate pe metoda de amplificare a pulsurilor laser ultrascurte prin deriva liniară în frecvență (Chirped Pulse Amplification)”

Abstract: Obiectivul acestei faze a constat în investigarea numerică a efectului distorsiunilor spațio-temporale asupra fasciculului laser la ieșirea dintr-un sistem optic bazat pe tehnica de amplificarea a pulsurilor laser ultra-scurte prin deriva de frecvență (Chirped Pulse Aplification – CPA) în vederea determinării parametrilor optimi de proiectare a unei configurații optice de interacție laser – țintă solidă. In acest scop, au fost proiectate diverse configurații laser bazate pe tehnica CPA pentru care s-a urmărit compensarea distorsiunilor spațio-temporale caracteristice acestor sisteme în vederea optimizării fascicului laser utilizat pentru interacții cu ținte solide. Au fost elaborate o serie de studii numerice bazate pe tehnica raytracing pentru a analiza din punct de vedere spațio-temporal propagarea fasciculului laser atât prin sistemul CPA, cât și prin ansamblul optic de interacție laser – țintă solidă. Rezultatele numerice obținute relevă faptul că distorsiunile spațio-temporale necompensate duc la o scădere a rezoluției temporale și implicit la o reducere a intensității pulsului laser la ieșirea din sistemul optic CPA. In același timp, se punctează și importanța stabilirii valorilor optime ale parametrilor geometrici pentru o maximă compensare a distorsiunilor spațio-temporale. Efectele descrise pot fi utile în stabilirea cu înaltă precizie a duratei de puls la ieșirea din sistemele CPA sau pentru a controla sau elimina deplasările laterale ale spotului laser cauzate de procese interne specifice ce au loc pe parcursul experimentelor ce implică sisteme laser CPA. Utilizarea unor astfel de abordări numerice permite determinarea de noi soluții ceea ce poate extinde rezultatele cu privire la structura câmpului electromagnetic sub limitele spațiale și temporale actuale pentru pulsuri laser în domeniul câmpurilor ultra-intense.

Abstract this graphic:

Faza nr. 69

Responsabil: Dr. A. Dinache

Termen de predare: 13.05.2021

Title: „Generarea și testarea de cocktailuri de soluţii din medicamente expuse la radiaţie laser pe bacterii Gram-pozitive”

Abstract: Rezistenţa bacteriilor la antibiotice este o problemă globală, aceasta conducând la boli prelungite și rate mari de mortalitate. Ţinând cont că dezvoltarea de noi antibiotice a fost foarte redusă în ultimul timp, este necesar să se găsească metode alternative de combatere a rezistenţei la tratamente multiple a bacteriilor. Printre acestea se află și modificarea medicamentelor existente prin expunere la radiaţie laser. Cercetările anterioare au demonstrat că expunerea soluţiilor de medicamente la radiaţie laser generează fotoproduși ce pot avea activitate antibacteriană crescută faţă de medicamentul iniţial. Expunerea unui medicament antipsihotic, clorpromazina (CPZ), la radiaţie laser a dus la formarea unui cocktail de fotoproduși cu activitate antimicrobiană îmbunătăţită faţă de CPZ neiradiată (CPZ NIR).
În această fază s-a studiat efectul antimicrobian al CPZ NIR și CPZ iradiate (CPZ IR) cu laser asupra unor tulpini bacteriene Gram-pozitive planctonice și aderate. Metodele de testare folosite au fost: determinarea concentraţiei minime inhibitorii (MIC), determinarea concentraţiei minime de eradicare a biofilmului (MBEC) și testarea efectului anti-biofilm al CPZ NIR și CPZ IR asupra dispozitivelor de interes medical.
Cele mai bune rezultate ale CPZ NIR și CPZ IR au fost împotriva tulpinii de Enterococcus faecalis, însă și în cazul testelor pe tulpinile de Staphylococcus aureus s-a evidenţiat activitatea antimicrobiană îmbunătăţită a CPZ IR comparativ cu CPZ NIR.
În concluzie, rezultatele obţinute demonstrează posibilitatea reformulării medicamentului antipsihotic clorpromazina ca substanţă antimicrobiană atât iradiat, cât și neiradiat, subliniind că fotoprodușii obţinuţi în urma iradierii au avut activitate antibacteriană îmbunătăţită asupra tulpinilor Gram-pozitive testate.
Determinarea posibilelor mecanisme care stau la baza activităţii biologice crescute ale cocktailului de fotoproduși din CPZ IR a fost realizată cu ajutorul tehnicii computaţionale de andocare moleculară. Au fost obţinute rezultate bune pentru activitatea CPZ NIR și IR atât în interacţie cu FtsA (esenţială în diviziunea celulară), cât și cu enzima FabL (aceasta are un rol esenţial, dar încă neexplorat, în biosinteza acizilor grași), având energia liberă de legare estimată (EFEB) bună. Rezultatele arată că probabil acţiunea inhibitorie mai mare a medicamentului iradiat este dată de acţiunea sinergică a fotoprodusiilor.

Abstract this graphic:

Faza nr. 70

Responsabil: Dr. C. Luculescu

Termen de predare: 13.05.2021

Title: „Aplicaţii ale spectroscopiei laser pentru identificarea medicamentelor active”

Abstract: În acest studiu se urmăresc diverse aplicaţii ale spectroscopiei Raman legate de industria farmaceutică. Spectroscopia Raman s-a dovedit a fi un instrument analitic valoros atât pentru identificarea, cât și pentru estimarea cantitativă neinvazivă a compușilor relevanţi în industria farmaceutică.
Multe alte tehnici pot fi folosite pentru identificarea și cuantificarea compușilor chimici sau componentelor diverselor formulări farmaceutice. Ceea ce face spectroscopia Raman ideală pentru aceste aplicații în comparaţie cu tehnici similare, cum ar fi FTIR, este abilitatea de a măsura prin containere optic transparente și mai ales insensibilitate față de răspunsul dat de apă. Spectroscopia Raman poate fi folosită atât pentru identificarea compușilor chimici, cât și pentru furnizarea de măsurări cantitative cu rezoluţie spaţială de ordinul micronilor.
Acest studiu urmărește să pună în lumină capacitatea spectroscopiei Raman de a identifica, de a autentifica și de a caracteriza calitatea produselor farmaceutice. Accentul se va pune pe abilităţile intrinseci ale metodei și mai putin pe compușii farmaceutici. Astfel, se face o comparaţie între medicamentele originale și generice, se identifică și aplică cu success diverse tehnici specifice spectroscopiei Raman pentru caracterizarea proprietăţilor fizico-chimice ale medicamentelor și ingredientelor active.

Abstract this graphic:

Faza nr. 71

Responsabil: Dr. D. Miu

Termen de predare: 14.06.2021

Title: „Depunerea laser și caracterizarea morfo-structurală a multistraturilor Au/oxid pentru senzori”

Abstract: Prezenta fază prezintă morfologia multistraturilor de Au/oxid obţinute prin PLD în condiţii de depunere diferite: presiune, temperatură substrat, număr de pulsuri (pentru fiecare strat component), energie pe puls, lungime de undă a radiaţiei laser. Straturile simple de ZnO și suprafaţa stratului de Au depus peste straturi de ZnO au fost caracterizate prin microscopie de scanare electronică (Scanning Electron Microscopy-SEM), stabilindu-se dependenţa morfologiei lor de condiţiile de depunere.
Imagini SEM au scos în evidenţă dependenţa morfologiei straturilor de ZnO depuse prin PLD de presiunea de depunere și lungimea de undă a radiaţiei laser. Depunerea pe substraturi încălzite la temperaturi până la 500 °C, care asigură integralitatea traductorilor interdigitali din componenţa senzorilor SUAS, modifică de asemenea morfologia straturilor de ZnO. Straturile de ZnO cu proprietăţile cele mai promiţătoare din punctul de vedere al senzorilor SUAS pentru detecţia gazelor (H2) sunt cele mai poroase, obţinute în condiţii de presiune foarte ridicată (2 Torr O2) cu radiaţie UV (355 nm). De asemenea, straturile de ZnO obţinute cu radiaţie UV la 100 mTorr O2, la temperatura camerei și la 500 °C au structuri de interes pentru senzori, anume nanofire, respectiv reţea poroasă de nanofire interconectate așezate dezordonat. Straturile de Au depuse în condiţii diferite (presiune, număr de pulsuri) pe ZnO reproduc, în condiţiile studiate, morfologia stratului de ZnO. Structura multistrat Au/ZnO poros va conduce la îmbunătăţirea proprietăţilor senzorilor SUAS în care sunt încorporate prin mărirea efectului masic al răspunsului senzorului (prin porozitatea stratului de ZnO) și prin mărirea efectului acustoelectric (prin structura metal/oxid).
Au fost și realizaţi și testaţi senzori SUAS de tip Love Wave (LW-SAW), constând din straturi subtiri de Au cu porozităţi diferite și polimer (Polimetilmetacrilat – PMMA) ca strat de ghidare. Senzorii rezultaţi au fost testaţi folosind un biosistem bazat pe proteine cu aplicaţii în biosenzoristică, anume reacţia avidina-biotina. Răspunsul senzorilor (saltul de frecvenţă la funcţionalizare) la biotina-avidina, este îmbunătăţit atunci când stratul de Au are o porozitate mărită.
În concluzie, au fost îndeplinite toate obiectivele prezentei faze, și au fost create premizele pentru realizarea următoarei faze, care își propune înglobarea structurilor multistrat Au/oxid obţinute prin metode laser în senzori de tip SUAS pentru gaze și caracterizarea acestora.
Diseminarea s-a făcut prin trimiterea spre publicare a unui articol în revista Chemosensors (Manuscript ID: chemosensors-1254897), precum și depunerea unei cereri de acordare a unui brevet de invenţie la OSIM.

Abstract this graphic:

Faza nr. 72

Responsabil: Dr. O. Toma

Termen de predare: 14.06.2021

Title: „Mecanisme de excitare în sisteme multi-site dopate cu ioni de pământuri rare”

Abstract: Au fost sintetizate probe policristaline de Er:CaSc₂O₄ și Er:BaGd₂ZnO₅ în care ionii de lantanide dopanţi ocupă poziţii multiple („multi-site”). Probele ceramice de Er:CaSc₂O₄ au fost sintetizate prin reacţie în fază solidă din reactanţi de puritate înaltă și tăiate sub formă de discuri subţiri (grosime sub 0,5 mm) pentru a micșora pe cât posibil efectele împrăștierii luminii asupra spectrelor. Probele de Er:BaGd₂ZnO₅ sunt pulberi nanometrice obţinute prin metoda sol-gel.
Au fost identificaţi trei centri luminescenţi în Er:CaSc₂O₄, doi dintre ei corespunzând unor ioni Er³⁺ ce ocupă poziţii de Ca²⁺, iar cel de-al treilea ionilor de Er³⁺ din poziţii de Sc³⁺.
Procesele de absorbţie din stări excitate au fost identificate și caracterizate folosind metode de spectroscopie optică. Spectrele de absorbţie din stări excitate au fost înregistrate folosind un montaj experimental de tip pump-probe în dublă modulare. Spectrele de absorbţie din stări excitate au fost calibrate utilizând un model matematic simplu pentru a separa procesele de absorbţie din stări excitate de emisia stimulată și luminescenţă, precum și de absorbţia din starea fundamentală. Au fost determinate astfel secţiunile eficace ale proceselor de absorbţie din stări excitate.
Au fost puse în evidenţă procese de transfer de energie între centrii luminescenţi identificaţi, prin experimente de luminescenţă excitată selectiv și prin analiza curbelor de dezexcitare luminescentă.

Abstract this graphic:

Faza nr. 73

Responsabil: Dr. C. Gheorghe

Termen de predare: 14.07.2021

Title: „Sisteme fotonice activate cu doi ioni trivalenţi de pământuri rare (Yb-Dy) bazate pe procese de conversie superioară în ceramici de tip CNGG. Noi tipuri de fosfori de tip perovskit cu emisie în roșu”

Abstract: I. Ceramicile transparente de tip Dy: CNGG si Dy, Yb: CNGG au fost obţinute prin metoda reacţiei în stare solidă. Toate probele au fost caracterizate prin difracţie de raze X, microscopie electronică de baleaj și spectroscopie optică. Investigaţii spectroscopice ale ionilor Dy³⁺ și Dy³⁺-Yb³⁺ în ceramici de tip Ca₃(Nb,Ga)₅O₁₂ (CNGG) au fost efectuate în scopul evaluării ca fosfori sau materiale laser pentru emisie în vizibil. Diagramele cromatice CIE corespunzătoare spectrelor de emisie ale ionilor Dy³⁺ se situează în regiunea (galben-portocaliu) pentru ambele tipuri de probe, Dy: CNGG and Dy, Yb: CNGG.
II. A fost investigată emisia în roşu pentru fosforii de tip perovskit ABO₃: Eu. Fosforii aleşi de tip perovskit SrLaGaO₄, dopaţi cu concentraţii diferite de Eu³⁺ au fost obtinuţi prin reacție în fază solidă. Metoda de sinteză utilizată este modernă, ieftină și ușor de realizat. Puritatea fazei a fosforilor a fost analizată prin difracția de raze X. Difractogramele de raze X arată că toate materialele investigate de tip SrLaGaO₄ obţinute prin reacţie în fază solidă sunt bine cristalizate indicând faza SrLaGaO₄. Probele au fost caracterizate prin spectroscopie optică (excitaţie și luminiscență). S-a obținut luminiscență în roşu eficientă. Au fost analizate caracteristicile spectroscopice pentru a evalua potențialul acestor materiale ca fosfori pentru domeniul vizibil. Fosforii cu emisie în roșu joacă un rol cheie în îmbunătățirea iluminării și a calității afișajului diodelor emițătoare de lumină albă (PC-WLED).

Abstract this graphic:

Faza nr. 74

Responsabil: Dr. R. Birjega

Termen de predare: 14.07.2021

Title: „Acoperiri cu compozite Mg,Al-LDH/polimeri (EVA și PP). Studiul comportării pe termen lung în mediu apos și în mediu salin”

Abstract: S-au preparat un număr de filme de nanocompozite de Mg,Al-LDH-EVA și Mg,Al-LDH-PPMA din ținte preparate din amestec de un hidrotalcit comercial(70%) respectiv polimer (30%). Ţintele au fost preparate prin metode specifice prelucrării polimerilor. Filmele depuse prin PLD pe substrate de Si(001) și MgAZ31 au aceleași caracteristici structurale ca țintele din care provin, sunt aderente și pentru cele care provin din depunerea la 532 nm sau pe substatul de Mg sunt superhidrofobice. Filmele își păstrează morfologia și compoziția chimică în urma imersiei în soluție salină așa cum imaginile SEM și datele EDS au evidențiat.

Abstract this graphic:

Faza nr. 75

Responsabil: Dr. C. Ristoscu

Termen de predare: 14.07.2021

Title: „Nanostructuri de apatită biomimetică cu antibiotic înglobat fabricate prin MAPLE”

Abstract: O preocupare majoră apărută în timpul primei luptei mondiale împotriva infecțiilor asociate asistenței medicale se referă la rolul cheie al suprafeței în conservarea/viabilitatea și transferul virusului. Acest lucru face obligatorie curățarea repetată și cu atenție a suprafețelor pentru a preveni orice infecție. Abordarea noastră se bazează pe o eliberare locală și intensă a medicamentului pentru a depăși potențialele efecte secundare asociate administrării prelungite. Metoda noastră se bazează pe acoperirea cu ajutorul radiației laser a suprafețelor cu un amestec compozit organic / anorganic (64,8% fosfat de calciu amorf – 35% chitosan – 0,2% tetraciclină) capabil să lupte împotriva agenților infecțioși și să își păstreze activitatea pentru o perioadă lungă de timp, până la câteva zile.
Microscopia electronică cu baleiaj, spectroscopia în infraroșu cu transformată Fourier, difracția cu raze X, măsurători de udabilitate împreună cu teste antibacteriene și osteogene au fost folosite pentru a caracteriza performanțele fizico-chimice și eficiența antibacteriană a structurilor depuse. Eliberarea prelungită în fluidele simulate (cel puțin până la 72 de ore) a amestecului compozit care conține medicament (tetraciclină) a fost demonstrată prin studii de pierdere de masă și UV-VIS. Profilul de eliberare a medicamentului se bazează pe două etape: o eliberare inițială foarte rapidă (în prima oră), urmată de o evoluție mai lentă, activă pentru următoarele 72 de ore și probabil mai mult.
Acoperirile optimizate au inhibat puternic creșterea bacteriilor testate (Enterococcus faecalis și Escherichia coli), în timp ce încorporarea medicamentelor a promovat un răspuns antiinflamator în primele faze ale procesului de vindecare. Adăugarea de tetraciclină nu a avut niciun impact asupra citotoxicității compozite in vitro, acoperirile dovedind o biocompatibilitate excelentă, susținând o dezvoltare normală a celulelor MG63.
Prin urmare, se poate considera că structurile propuse deschid perspectiva unei noi generații de acoperiri antimicrobiene pentru implanturi, dar și pentru prevenirea infecțiilor nosocomiale.

Abstract this graphic:

Faza nr. 76

Responsabil: Dr. C. Ticoş

Termen de predare: 15.09.2021

Title: „Fenomene termice la absorbţia fasciculelor de electroni de către micro/nano particule”

Abstract: În cadrul fazei nr. 76 a contractului 16N /08.02.2019, au fost investigate fenomene termice la absorbţia fasciculelor de electroni de către microparticule levitate într-o plasmă de radiofrecvenţă. Metodele de investigare s-au bazat pe determinarea vitezei pătratice medii şi pe determinarea distribuţiei vitezei, dar şi a componenelor vitezei. În urma acestor investigaţii s-a constatat că iradierea microparticulelor care levitează în plasmă cu un fascicul de 12 şi respectiv de 13 keV a dus la creşterea temperaturii clusterului de microparticule.

Abstract this graphic:

Faza nr. 77

Responsabil: Dr. C. Poroşnicu

Termen de predare: 15.09.2021

Title: „Caracterizarea retenţiei de combustibil nuclear (D2) în filmele de W, Fe respectiv Cr co-depuse prin tehnologia HiPIMS”

Abstract: Componentele rectoarelor de fuziune nucleară au rolul de a proteja structura incintei şi alte sub-componente de efectele negative ale interacţiei dintre plasmă şi perete. EUROFER este materialul structural de referinţă pentru viitorul reactor DEMO. Obiectivul acestei faze a fost studiul condiţiilor optime de depunere a filmelor subţiri cu conţinut de wolfram, crom şi fier şi incluziuni gazoase de deuteriu. Au fost realizate straturi subţiri din materialele menţionate mai sus. Depunerile au fost realizate prin metodele DCMS şi HiPIMS. Toate filmele subţiri obţinute au fost studiate din punct de vedere morfologic, structural, compoziţional şi al retenţiei deuteriului în aceste materiale din perspectiva retenţiei de combustibil nuclear în timpul funcţionării reactorului de fuziune.
Filmele de W-Cr şi W-Fe obţinute prin depunerea prin metodele DCMS HiPIMS în atmosferă de argon-deuteriu au fost supuse ulterior analizelor morfologice prin investigaţii SEM şi compozitionale prin analiza cu ajutorul tehnicii de fluorescenţă de raze X (XRF). Acest studiu fiind în principal axat pe investigarea comportamentului de eliberare a deuteriului din structurile obţinute, au fost efectuate măsurări TDS pentru determinarea inventarului de deuteriu din probe. Structurile W-Cr şi W-Fe co-depuse în atmosferă de Ar + D2 au prezentat o uniformitate mare a filmului rezultat, iar pentru filmele subţiri obţinute în regim DCMS au fost evidenţiate structuri de suprafaţă, sub formă de semisfere. Desorbţia deuteriului din structurile analizate prezintă caracteristici similare eliberării combustiblului nuclear de fuziune din metale pe intervale largi de temperatură. Desorbţia deuteriului la temperatură scăzută este atribuită eliberării din capcane de energie joasă.

Abstract this graphic:

Faza nr. 78a

Responsabil: Dr. E. Axente

Termen de predare: 15.10.2021

Title: „Generarea controlată de nanopicături în dispozitive microfluidice pentru captare unicelulară ( PARŢIAL ETAPA I)”

Abstract: În cadrul acestui proiect am realizat, caracterizat şi testat funcţionalitatea unei platforme inovative de generare controlată de picături monodisperse, cu volume reduse (<nL), în dispozitive microfluidice. Am descris pe scurt aspectele teoretice ale formării picăturilor şi am prezentat tehnologiile de microfabricare a unor biocipuri hibride PDMS/sticlă şi sticlă Foturan utilizând tehnici laser. Biocipul a fost asamblat şi conectat la sistemul de perfuzare, iar apoi au fost efectuate teste în condiţii de curgere specifice pentru generarea de picături. Am obţinut picături cu diametrul de 40, 80 şi respectiv 120 µm, ce corespund unor volume de 34, 268, şi respectiv 905 pL. Am demonstrat că atât dimensiunile, cât şi ratele de generare a picăturilor pot fi controlate uşor prin reglarea corespunzătoare a presiunilor şi debitelor de curgere (pentru vâscozităţi fixe ale fluidelor). Posibile aplicaţii se referă la sinteza de materiale (sfere polimerice), dar şi teste de captare şi izolare unicelulară în picături pentru aplicaţii biomedicale (se va continua în partea a doua a acestei faze).

Abstract this graphic:

Faza nr. 79

Responsabil: Dr. I. Tiseanu

Termen de predare: 15.10.2021

Title: „Aplicaţii ale tehnicilor de analiză microstructurală a materialelor compozite prin microtomografie de raze X şi procesare avansată de imagini”

Abstract: În această fază s-a utilizat microtomografia de raze X (microXCT) ca tehnică de analiză neinvazivă, completă pentru optimizare, validare şi control în procesul de manufacturare aditivă de precizie prin diferite tehnologii (tehnologia LDM – Liquid Deposition Modelling; tehnologia FFF – Fused Filament Fabrication; metoda SLS – Selective Laser Sintering). Datorită puterii înalte de rezolvare a detaliilor interne, microtomografia de raze X s-a putut aplica de la caracterizarea morfologiei materiei prime la produsul final. În procesul de printare s-a utilizat o mare varietate de materiale precum: suspensie ceramică, filamente compozite armate cu fibre de sticlă/carbon şi pulberi metalice sau de poliamidă.
În lucrare se prezintă protocolul detaliat de analiză completă, defectoscopică şi metrologică, pe componente industriale printate prin tehnica SLS cu micro-pulbere de oţel ca materie primă. Defectele observate (pori mai mici de 20 µm) confirmă studiile de până acum legate de această tehnologie și anume că, precizia laserului și topirea locală, uniformitatea dimensională a pulberii și principiul de lucru conferă pieselor obținute proprietăți fizico-mecanice ridicate.
Un alt element de noutate implementat în această lucrare este reprezentat de aplicarea unui nou modul software pentru realizarea unor simulări mecanice (tracţiune, torsiune etc.) pe baza modelului CAD obţinut prin tomografie al epruvetelor printate 3D. Se poate considera că, prin multitudinea de informații obținute prin microXCT şi protocoalele de post-procesare dezvoltate se oferă posibilitatea optimizării metodelor de manufacturare aditivă, clasificarea produselor fabricate în industrie şi susţinerea alegerii materiei prime de calitate.
O altă secţiune importantă a lucrării a fost dedicată implementării unei metodologii noi de analiză prin imagistică de raze X a celulelor de acumulatori cu Li-Ion. Deşi aceste cercetări sunt într-o etapă preliminară s-au obţinut deja rezultate încurajatoare în stabilirea configuraţiilor optime de scanare tomografică de mare fidelitate a celulelor Li-Ion în special prin implementarea şi validarea metodei elicoidale de scanare şi reconstrucţie. Astfel s-a putut realiza deja un prim studiu privind identificarea defectelor în baterii de tip Li-ion care pot duce la scăderea performanţelor, respectiv scurtcircuitarea acestora. Un alt rezultat foarte promiţător poate fi considerat şi testarea cu succes a unei metode de identificare a celulelor Li-Ion funcționale/defecte prin analiza statistică a unor coeficienți de contrast radiologic. Metodologia de măsurare şi algoritmul de calcul al coeficienţilor de contrast au fost implementate şi testate pe un lot relativ restrâns de celule Li-Ion.

Abstract this graphic:

Faza nr. 80

Responsabil: Dr. V. Dincă

Termen de predare: 15.10.2021

Title: „Dezvoltarea de bio-platforme biocompatibile micro şi nanostructurate pentru studiul efectului sinergetic al topografiei şi funcţionalizării (specific funcţionalizată sau complet funcţionalizată) asupra celulelor mamaliene – obţinerea şi analiza morfologică şi structurală de substraturi structurate prin texturare laser, MAPLE şi/sau prin transfer indus cu laserul –LIFT”

Abstract: Pentru orice aplicaţie biomedicală, înţelegerea modului în care celulele interacţionează cu materiale care prezintă atât topografii, cât şi funcţionalizări ce pot fi asociate cu un răspuns îmbunătăţit este de o importanţă majoră. Producerea unor astfel de suprafeţe cu caracteristici chimice şi fizice controlabile prezintă interes pentru studiul influenţei proprietăţilor substratului asupra funcţiilor celulare, conducând comunitatea ştiinţifică la dezvoltarea recentă de noi tehnici de funcţionalizare, dar şi de microfabricare de substraturi (ex. litografia, replicarea, texturarea laser, etc).
În acest context, obiectivul acestei faze a urmărit obţinerea de suprafeţe micro structurate multidimensionate prin texturare laser (folosind un laser cu excimer asistat de măşti cu atenuare variabilă şi replicare în PDMS), cât şi funcţionalizarea acestora cu un polimer biodegradabil RESOMER folosind tehnica MAPLE pentru a fi folosite în studiul efectului caracteristicilor de suprafaţă asupra răspunsului celulelor mamaliene.
Rezultatele preliminare pe celulele mamaliene prezentate au arătat că microtopografia substratului, dar şi funcţionalizarea dată de învelişurile polimerice biodegradabile reprezintă factori importanţi în răspunsul celular, oferind perspective interesante în ceea ce priveşte folosirea caracteristicilor de suprafaţă controlate /ajustate prin metode laser pentru proiectarea viitoarelor sisteme de inginerie tisulară, dar şi pentru studiul mecanismelor celulare. În cadrul acestei faze au fost prezentate 2 lucrări orale şi una invitată la conferinţe internaţionale, precum şi două articole în jurnale cotate ISI (unul în zona roşie, FI. 5.076, unul în zona galbenă FI 3.398).

Abstract this graphic:

Faza nr. 81

Responsabil: Dr. S. Vizireanu

Termen de predare: 15.11.2021

Title: „Realizarea unei platforme de investigare a potențialului aplicativ al materialelor nanostructurate. (masuratori electrice si senzoristica)”

Abstract: În această etapă am realizat un sistem experimental complex, dezvoltat pentru determinarea functionalității unei game variate de senzori de gaze. Acest sistem permite evaluarea: i) caracteristicilor electrice ale materialelor active în senzori precum și ii) răspunsul senzorilor atunci când sunt expuși la diferite concentrații de gaze. Acestă platformă pentru caracterizarea senzorilor a fost obținută prin cumularea într-un întreg a mai multor instrumente și module existente, achiziționate sau realizate în etapa aceasta. Platforma conține următoarele subsisteme:
– incintă de testare senzori care include modulul pentru conectare electrică a senzorilor.
– unitate de admisie și control a gazelor care conține: butelii, mixer de gaze și fluxmetre, sistem de pompare și citire a presiunii.
– sursa de curent/tensiune SMU, Keithley 2612, conectată la calculator prin portul RS-232;
– calculator pentru comandă și control al sursei Keithley, pentru achiziția datelor, dar și pentru controlul fluxurilor de gaze.
Sistemul experimental proiectat și construit în cadrul acestei etape a fost testat la evaluarea unui număr semnificativ de senzori, atât comerciali, cât și obținuți în laborator. Am demonstrat funcționalitatea acestei platformei și am dezvoltat o procedură pentru măsurătorile de senzori. Această platformă va fi folosită la măsurători de senzori realizați din diferite nanomateriale obținute în INFLPR. O astfel de platformă este utilă și pentru caracterizarea din punct de vedere electric al nanostructurilor sintetizate în laboratorul nostru (filme subțiri de grafene și grafene verticale, nanostructuri hibride din grafene/nanoparticule și nanostructuri tratate în diferite plasme), literatura de specialitate menționând materiale similare cu aplicații în senzoristică.
Pe parcursul acestei etape am identificat mai multe surse furnizoare de electrozi stabili în timp și care rezistă la temperaturi de peste 600 C, electrozi pe care am depus diferite tipuri de nanomateriale. Am rezolvat problema contactării rapide și ferme a mai multor tipuri de electrozi. Pe parcursul măsurătorilor electrice am observat că senzorii trebuie stabilizați în timp (câteva zeci de minute) după care se poate trece efectiv la măsurători. Am identificat mai multe metode de îmbunătățire a sensibilității la stimuli externi a nano-materialelor depuse în laborator, cum ar fi: decorarea, activarea în plasmă, doparea cu azot, tratarea termică, transferul LIFT etc. Am identificat și discutat cu mai multe persoane din INFLPR interesate în măsurătorile de senzori, inclusiv doctoranzi.
Obiectivele fazei au fost îndeplinite și a fost creat un punct de plecare în demostrarea unor aplicații de senzori de gaze pentru nanostructurile obținute prin tehnici cu laser și plasmă.

Abstract this graphic:

Faza nr. 82

Responsabil: Dr. F. Dumitrache

Termen de predare: 15.11.2021

Title: „Studii privind stabilizarea dispersiilor concentrate pe bază de nanoparticule sintetizate prin piroliză laser cu aplicații în medicină și farmacologie”

Abstract: Se raportează sinteza de nanoparticule (NPs) de oxid de fier în diferite dimensiuni (4 nm-18 nm). NPs au forme cvasi-sferice, se organizează în agregate precum lanțuri afânate sau ghem compact modul de organizare influențează dispersabilitatea și încărcarea electrostatică a NPs în fluide pe bază de apă. Proprietățile magnetice și morfo-structurale depind cu dimensiunea NPs. Se obțin în condiții experimentale determinate NPs de oxid de fier: maghemită/ magnetită cu magnetizare foarte ridicată: până la 85emu/g, NPs superparamagnetice sau ferimagnetice.
Sunt descrise obținerea de NPs de TiO2 și TiO2 dopat cu Fe prin metoda pirolizei laser. Înainte de obținerea nanopulberii de TiO2 dopat cu Fe (12,28 at %), au fost identificate condițiile experimentale optime pentru obținerea TiO2 în fază majoritară anatas sau rutil ca probe de referință. Astfel caracterizarea probei referință pentru doparea cu Fe indică prezența majoritară a fazei anatas (~81%) și dimensiunea medie a cristalitelor cuprinsă în intervalul (7,4-14,3) nm. NPs sunt analizate comprehensiv: XRD, TEM, SAED, EDS, XPS, Raman, Mossbauer, curbe de magnetizare.
Suspensii simple sau stabilizate (L-DOPA, chitosan, CMC-Na) au fost preparate, sunt analizate prin TEM și DLS, găsind soluții optime pentru obținerea de dispersii stabilizate concentrate în medii apoase.
Se utilizează una din pulberile de NPs de oxid de fier tip maghemită cu 6 nm diametru mediu pentru prepararea de suspensii stabilizate și funcționalizate cu porfirin tetraamoniu (TPPS). NPs și suspensia stabilizată/ funcționalizată sunt analizate comprehensiv. Se testează aplicarea acestora ca tratament fotodinamic în melanoame, rezultatele obținute fiind remarcabile: S-a dovedit efectul anti-tumoral al ɣ-Fe2O3 NPs funcționalizate cu (TPPS) pe celule de melanom uman expuse la PDT (fotodinamic) prin iradiere LED în albastru. Efectul de apoptoză celulară se inițiază la concentrații mai mici de TPPS chiar decât tratamentul simplu cu soluție de TPPS, deoarece internalizarea celulară se produce mai facil prin intermediul NPs de oxid de fier.

Abstract this graphic:

Faza nr. 83

Responsabil: Dr. M. Bercu

Termen de predare: 15.11.2021

Title: „Analiza de gaze multi-component in fotoacustică aplicată poluanţilor”

Abstract: Sănătatea umană și ecosistemele sunt amenințate de poluarea aerului și în prezent, a doua mare problemă a oamenilor, după schimbările climatice este reprezentată de poluarea aerului. Odată cu creșterea urbanizării și evoluția vieții și confortului uman în ultimii ani, calitatea aerului a atras o atenție considerabilă. Emisiile de compuși organici volatili (COV) precum benzenul și toluenul în aerul înconjurător sunt o consecință a urbanizării și dezvoltării. Amoniacul este un poluant de mediu care are un rol foarte important în formarea aerosolilor anorganici secundari, o componentă principală a concentrațiilor de particule fine (PM2.5) în atmosfera urbană. Un detector de spectroscopie fotoacustică laser a fost utilizat pentru măsurarea concentrațiilor de amoniac, benzen și toluen în primăvara și vara anului 2021 (din martie până în august) în trei puncte situate în Magurele (România). Rezultatele noastre au arătat concentrații mai mari de benzen și toluen în sezonul de vară decât în perioada de primăvară, iar valorile medii ale concentrației de benzen și toluen au variat în sezonul de primăvară de la 0.186 ppb la 1.573 și de la 0.947 ppb la 12.460 ppb. Concentrațiile medii de benzen și toluen în toate cele trei locații au fost în medie scăzute conform Comisiei Europene, cu excepția unor valori ridicate înregistrate în perioada de vară. Variațiile medii diurne ale benzenului și toluenului prezintă valori de concentrație mai mari în prima parte a zilei față de seara și acest comportament corespunde orelor de vârf din trafic. Raportul toluen/benzen (T/B) arată că traficul rutier rămâne principala sursă locală de emisie în aerul din mediu. Concentrațiile de amoniac din aerul ambiant au fost crescute vara (46.03 ± 8.05 ppb) față de cele măsurate primăvara (18,62 ± 2,92 ppb), ceea ce înseamnă că temperatura atmosferică are un efect asupra concentrațiilor de amoniac. Cele mai mari concentrații medii de amoniac au avut loc în luna august în punctul P3 cu 100.68 ± 11.12 ppb, iar concentrațiile medii scăzute de amoniac au avut loc în martie în punctul P2 cu 0.161 ± 0.03 ppb. Autovehiculele par să aibe mai importante contribuții la nivelurile ridicate de amoniac în timpul perioadei de monitorizare. Utilizarea detectorului CO2LPAS pentru a determinarea mai multor concentratii de gaze de mediul înconjurător face din aceasta o metodă promițătoare pentru monitorizarea calității aerului.

Abstract this graphic:

Faza nr. 84

Responsabil: Dr. M. Demeter

Termen de predare: 10.12.2021

Title: „Hidrogeluri compozite pe bază de micro- și nanoparticule polimerice și/sau metalice”

Abstract: În acest proiect se raportează obținerea și caracterizarea unor hidrogeluri compozite, realizate din amestecuri polimerice complexe pe bază de chitosan, PVP cu mase moleculare diferite, PEG/PEO, acid acrilic/acid lactic încorporate cu nanoparticule de Ag/Au, prin iradiere cu electroni accelerați (EB). Obiectivul principal s-a concentrat pe optimizarea rețetei de obținere a hidrogelurilor compozite cu aplicații potențiale în medicină. Un alt obiectiv secundar a constat în optimizarea rețetei de obținere fără adăugare de reactivi chimici de reticulare și obținerea unui hidrogel stabil la doza de sterilizare de 25 kGy.
S-au optimizat condițiile experimentale astfel încât să se obțină hidrogeluri omogene, cu grad de elasticitate și capacitate de gonflare crescute în medii similare organismului uman. Apoi, hidrogelurile compozite au fost preparate prin încorporarea directă de NP cu concentrații diferite în amestecul polimeric optimizat și reticulate prin iradiere cu doze cuprinse în domeniul 15-30 kGy.
Hidrogelurile au fost caracterizate fizico-chimic, structural și morfologic prin determinarea fracției de gel, a capacității de gonflare, a stabilității și a biodegradării în medii similare organismului uman, analiză reologică, FTIR și SEM. Rezultatele experimentale au fost corelate și analizate în funcție de doza absorbită și concentrația de nanoparticule. Hidrogelurile compozite au fracție de gel peste 85% la doza de 25 kGy și capacitate de gonflare variabilă cuprinsă între 1200-2500% în PBS și de peste 4000% în apă. Valori specifice hidrogelurilor cu proprietăți superabsorbante. Hidrogelurile compozite au structură stabilă, având un procent de biodegradare de doar 6%, după 42 de zile.
Din analiza reologică s-a demonstrat că hidrogelurile compozite adiționate cu 0.2 mg/mL Ag au un modul de elasticitate (G’) de aproximativ 20 kPa, fiind de aproape trei ori mai mare decât modulul elastic al hidrogelurilor compozite preparate cu concentrații scăzute de nanoparticule. Parametrii de rețea specifici hidrogelurilor, Mc, ξ și Ve sunt influențați de concentrația de NP, în sensul că prin creșterea concentrației de NP, parametrii Mc și ξ scad, ceea ce duce la formarea unui hidrogel cu o rețea densă.
La concentrații crescute de NP, hidrogelurile au structură de rețea compactă în care NP sunt distribuite în mod regulat, au formă sferică și dimensiuni relativ egale. Se poate spune că prin utilizarea unor NP cu dimensiune adecvată, se asigură o distribuție uniformă a NP în hidrogel, care se atașează direct de lanțul polimeric în procesul de amestecare și devin stabilizate în rețeaua hidrogelului ca urmare a reacției de reticulare cu EB.

Abstract this graphic:

Faza nr. 85

Responsabil: Dr. B. Sava

Termen de predare: 10.12.2021

Title: „Proiectarea și obținerea de filme prin PLD, metoda sol gel, spin-coating sau MS, în sistemul ternar ZnO-B2O3-TiO2. pentru îmbunătățirea proprietăților filmelor din sistemul binar ZnO-TiO2, pentru aplicații în eco-nanotehnologii”

Abstract: În cadrul acestei faze au fost realizate straturi subțiri din sistemul ternar oxid de titan-oxid de zinc-oxid de bor, prin metoda sol-gel, precursori alcoxidici, pentru obținerea de straturi subțiri ternare omogene, de puritate avansată, la temperaturi de tratament termic foarte coborâte, cu eficiență ridicată, pentru utilizări în optoelectronică și fotocataliză, dar și ca sistem de bază pentru dopări cu pământuri rare pentru utilizări în magneto-optica și laseri.
Au fost realizate trei seturi de probe, cu variația conținutului de oxid de bor, în condițiile în care au fost păstrate procente echimolare pentru TiO2 și ZnO, ca urmare a cercetărilor anterioare, care au arătat că acest raport molar este optim pentru realizarea de probe sol-gel. Au fost obținute soluri stabile, cu timpi de gelifiere în condiții normale, de 5 zile pentru proba TZB1, 4 zile pentru proba TZB2 și 15 zile pentru proba TZB3. Au fost realizate depuneri prin metoda pe substrat rotitor (spin-coating), substraturile fiind lamele de microscop. Au fost depuse câte trei straturi, la trei viteze de rotire a substratului, probele fiind tratate termic la 110, 150 și 200oC.
Difracția de raze X, XRD a probelor investigate arată că toate probele sunt majoritar amorfe/vitroase, cu mici picuri de cristalizare, corespunzătoare celor trei oxizi și unui compus binar, boratul de titan. Prin spectroscopie fotoelectronică de raze X, XPS, au fost identificate toate elementele probei, Ti, Zn, B și O, iar ca impurități N, C și Cl.
Clorul și carbonul provin din reactivii utilizați drept precursori. Spectroscopia UV-Vis a arătat că probele prezintă transmitanță mai mică decât proba martor, cea mai ridicată transmitanță, de peste 75%, fiind înregistrată pentru probele tratate termic la temperatura de 200oC. Spectroscopia FTIR a identificat maximele specifice vibrațiilor legăturilor Ti-O și B-O, care sunt vizibile pentru toate probele în regiunile de numere de undă de 750-800, 850-900 și 1100-1200 cm-1. În zona 1400-1500 cm-1 sunt înregistrate maximele specifice C, rămas în probe din precursori.
Microscopia de forță atomică, AFM a indicat faptul că probele sunt omogene, cu rugozități de 40-60 nm și că tratamentul termic trebuie efectuat în condiții controlate. Microscopia electronică de baleiaj, SEM, a confirmat omogenitatea depunerilor pentru toate probele.
Pe parcursul acestei faze au fost publicate 4 articole în reviste indexate ISI cu factor de impact înalt, 3 dintre ele în reviste din zona roșie și au fost realizate 5 prezentări la conferinte internaționale, dintre care trei prezentări orale în plen și două postere.

Abstract this graphic:

Etapa a II-a și a III-a

Faza nr. 78b1

Responsabil: Dr. E. Axente

Termen de predare: 10.12.2021

Title: „Generarea controlată de nanopicături în dispozitive microfluidice pentru captare unicelulară (PARTIAL ETAPA II, III)”

Abstract: În cadrul acestui proiect, am realizat, caracterizat și testat funcționalitatea unei platforme inovative de generare controlată de picături monodisperse, cu volume reduse (<nL), în dispozitive microfluidice. Am descris pe scurt aspectele teoretice ale formării picăturilor și am prezentat tehnologiile de microfabricare a unor biocipuri hibride PDMS/sticlă și sticlă Foturan utilizând tehnici laser. Biocipul a fost asamblat și conectat la sistemul de perfuzare, iar apoi au fost efectuate teste în condiții de curgere specifice pentru generarea de picături. Am obținut picături cu diametrul de 40, 80 și respectiv 120 µm, ce corespund unor volume de 34, 268, și respectiv 905 pL. Am demonstrat că atât dimensiunile, cât și ratele de generare a picăturilor pot fi controlate ușor prin reglarea corespunzătoare a presiunilor și debitelor de curgere (pentru vâscozități fixe ale fluidelor). Am prezentat principalele aplicații ale microfluidicii pe bază de picături și am detaliat exemple privind sinteza de materiale, captarea și izolarea unicelulară în picături pentru aplicații biomedicale. Am demonstrat posibilitatea obținerii unor sfere polimerice cu diametre de 150 µm, prin generarea de picături ce conțin precursori organici (chitosan, fluoroglucinol, acid glicoxilic), urmată de iradierea acestora cu un LED UV la 365 nm.

Abstract this graphic:

Faza nr. 86

Responsabil: Dr. T. Acsente

Termen de predare: 10.12.2021

Title: „Obținerea de nanoparticule de compuși metalici (oxizi, nitruri) pe baza metodei MSGA (pulverizare magnetron și agregare în flux de gaz și caracterizarea lor)”

Abstract: În cadrul INFLPR (Laboratorul Plasmă de Temperatură Joasă, grupul Procese în Plasmă pentru Materiale Funcționale și Suprafețe) a fost implementat în anii precedenți un sistem experimental pentru producerea nanoparticulelor de W folosind o sursă de clusteri bazată pe o metodă de plasmă: condensarea în flux de gaz inert a vaporilor metalici obținuti prin pulverizare magnetron (MSGA). Studiile efectuate în această etapă de proiect au evidențiat un nou mod de operare a sursei de clusteri. Astfel, în condiții experimentale specifice, plasma din sursă expandează în afara ei prin apertura de ieșire, înconjurând nanoparticule în timpul zborului lor către substrat. Modul MSGA-JET, observat de grupul nostru, este o noutate absolută în comunitatea științifică care studiază producerea de nanoparticule prin agregare în gaz. De remarcat că, aceeași sursă de clusteri poate funcționa atât în modul clasic, cât și în modul jet, tranziția între ele realizându-se prin ajustarea adecvată a poziției axiale a magnetronului. În cadrul etapei am pus în evidență faptul că ambele moduri de operare sunt utile pentru sinteza nanoparticulelor metalice, însă doar modul MSGA-JET este util în modificarea compoziției chimice a nanoparticulelor metalice, rezultând nanoparticule de tipul metal/compus metalic (core shell). Acest lucru se realizează prin injectarea în jetul de plasmă a unui gaz reactiv (N2, O2, C2H2). De asemenea, jetul de plasmă poate fi folosit cu substraturi sensibile la deteriorarea termică (hârtie, polimeri). Aceste aspecte sugerează că modul MSGA-JET are potențial aplicativ pentru dezvoltarea de dispozitive (senzori, etc.) bazate pe nanoparticule core-shell.

Abstract this graphic:

Faza nr. 87

Responsabil: Dr. B. Mitu

Termen de predare: 10.12.2021

Title: „Obținerea de materiale nanocompozite pe bază de matrici polimerice cu proprietăți de compoziție și de suprafață controlate”

Abstract: În etapa de față a proiectului au fost sintetizate filme subțiri nanocompozite pe bază de argint si politetrafluoretilenă prin depunere de tip pulverizare magnetron utilizând metode secvențiale, simultane și respectiv din ținte multicomponente. Acestea au fost caracterizate în primul rând din punct de vedere al proprietăților compoziționale și morfologice, evidențiindu-se posibilitățile experimentale de control al chimiei și topografiei suprafeței. Materialele se remarcă prin formarea unei legături complexe la interfață între nanoparticulele de argint si matricea polimerică, evidențiată în spectrele de înaltă rezoluție de fotoelectroni excitați cu raze X în regiunea energiilor de legătură C1s la o energie de 369,4 eV, și asociată legăturii AgCxFyOz (x>2, y<3). Aceasta este cu atât mai pronunțată cu cât cantitatea de Ag în material este mai ridicată, și se formează atât în fază gazoasă în cazul depunerii simultane din două ținte, sau din ținte bicomponente, cât și la suprafața substratului, în cazul depunerii secvențiale. Materialele obținute prezintă efect de rezonanță plasmonică de suprafață, datorat prezenței NP de Ag în material, așa cum a fost identificat în urma evaluării constantelor optice în urma determinărilor spectroelipsometrice, și indice de refracție mult mai mare comparativ cu al matricii polimerice utilizate.

Abstract this graphic:

Faza nr. 88

Responsabil: Dr. R. Cristescu

Termen de predare: 10.12.2021

Title: „Caracterizarea filmelor subtiri de materiale compozite nanostructurate si functionalizate bazate pe nanoparticule magnetice multifunctionale de tip „core-shell” obtinute prin MAPLE prin metode complementare de investigare morfologica”

Abstract: Am obținut două tipuri de nanoparticule de tipul miez-înveliș de Fe3O4 / acid para-aminobenzoic acoperite cu un strat intermediar secundar de argint. Învelișurile organice finale au fost construite din ftalocianină și, respectiv, flavonoidul dihidrat de quercetină. Nanomaterialele finale de tip miez-înveliș au fost asamblate sub formă de filme subțiri prin metoda MAPLE (evaporare laser pulsată asistată de matrice), pe substraturi de siliciu și sticlă optică. Filmele subțiri depuse prin MAPLE au fost caracterizate prin SEM și AFM. Atât filmele subțiri cât și nanoparticulele magnetice de tip miez-înveliș au fost investigate in vitro pentru a determina influența lor asupra morfologiei, viabilității și proliferării celulelor MG-63 (citotoxicitate, analiza ciclului celular). Am continuat cu demonstrarea proprietățile lor microbicide (testarea concentrației minime inhibitoare) și anti-biofilm (testarea concentraţiei minime de eradicare a biofilmului) pe tulpini bacteriene și fungice. Rezultatele obținute au dovedit că nanostructurile multifuncționale au proprietăți antimicrobiene și prezintă o bună biocompatibilitate. Prin urmare, filmele subțiri obținute ar putea fi utilizate în continuare pentru dezvoltarea de noi materiale bioactive, cu proprietăți antimicrobiene, utile în prevenirea, controlul sau eradicarea aderenței inițiale și formarea ulterioară a biofilmelor microbiene frecvent implicate în contaminarea diferitelor medii și produse, precum și în etiologia infecțiilor cronice și greu de tratat.

Abstract this graphic:

Faza nr. 89

Responsabil: Dr. I. Antohe

Termen de predare: 10.12.2021

Title: „Utilizarea senzorului cu fibră optică bazat pe rezonanță plasmonică de suprafață (FO-SPR) pentru detecție de gaze”

Abstract: Cererea de senzori pentru detecţia amoniacului (NH3) este în creștere, datorită toxicității sale ridicate chiar și în concentrații mici. Mai mult, senzorii care detectează NH3 au o gamă largă de aplicații în sectoarele de activitate agricolă, industrială și medicală, cum ar fi în producția de îngrășăminte, de explozivi, de textile, de materiale plastice și de prelucrare a alimentelor. Prin urmare, este necesară dezvoltarea unui senzor reversibil și foarte sensibil pentru detecţia NH3.
În aceast context, pentru faza a treia a proiectului, au fost fabricați atât un senzor conductometric cât şi unul cu fibră optică care se bazează pe fenomenul de rezonanță plasmonică de suprafață (FO-SPR), folosind polianilina (PANI) ca material sensibil pentru detecţia NH3. Polimerul electro-conductiv PANi s-a dovedit a fi un material avantajos pentru producerea de dispozitive de detecţie a gazelor, având o sensibilitate foarte bună și timpi de răspuns scurţi. Senzorul conductometric planar a fost fabricat prin acoperirea unui substrat de alumină cu un film de aur utilizând un sistem de pulverizare catodică în plasmă şi o mască de evaporare, în timp ce stratul de PANI a fost sintetizat folosind reacţia de polimerizare chimică oxidativă. Senzorul FO-SPR a fost fabricat prin depunerea stratului de PANI pe un film subțire de aur folosind aceeaşi metodă de sinteză. Compoziția elementară și morfologia stratului de PANI au fost evaluate utilizând spectroscopia fotoelectronică cu raze X (XPS) și, respectiv, microscopia cu baleiaj de electroni (SEM).
Detecţia NH3 a fost efectuată la temperatura camerei și folosind o configurație pentru testarea detectorilor de gaze construită în cadrul INFLPR. Configurațiile de senzori propuse sunt foarte sensibile la NH3, au răspunsuri mici, precum și timpi buni de recuperare.

Abstract this graphic:

Faza nr. 90

Responsabil: Dr. F. Garoi

Termen de predare: 10.12.2021

Title: „Studii privind caracterizarea fasciculelor laser cu emisie în domeniul THz”

Abstract: Regiunea spectrală între microunde și infrarosu, numită terahertz (THz), cuprinde unde electromagnetice care oscilează la frecvențe în intervalul 0,1 – 30 THz. Generarea sau detectarea radiației în domeniul THz s-a dovedit a fi destul de dificilă, în special din cauza prezenței surselor incoerente de fundal. Totuși, această radiație are proprietăți unice care o fac deosebit de atractivă pentru aplicații care variază de la imagistică bio-medicală, securitate și inspecția mărfurilor până la teledetecție și spectroscopie. Astăzi, cea mai accesibilă tehnică pentru înregistrarea sau măsurarea datelor în acest interval spectral, cu excepția spectroscopiei/imagisticii în domeniul temporal, este imagistica cu un singur pixel (SPI). Din acest punct de vedere, o anumită scenă THz poate fi obținută fie folosind tehnica de scanare raster (RS) sau cea de multiplexare (MS). Astfel, prin acest studiu, intenționăm utilizarea RS și MS pentru a obtine imagini la radiații submilimetrice și să demonstrăm aplicații precum spectroscopia cu transformata Fourier (FTS) și interferometria cu schimbare de fază (PSI). Atât FTS, cât și PSI sunt direct aplicabile la SPI, iar interferometria este un instrument de testare fiabil și non-invaziv.

Abstract this graphic:

Faza nr. 91

Responsabil: Dr. I. Sandu

Termen de predare: 10.12.2021

Title: „Meta-retele senzoristice și fotonice pe bază de nanoparticule, fabricate prin autoasamblare”

Abstract: Prin folosirea unei țesături poliesterice care să ghideze fenomenul de auto-asamblare a unor sfere sub-micronice de polietilenă sau silică sau a unor sfere micronice de polistiren, pot fi construite cristale coloidale paternate (Metaretele), caracterizate prin forme diferite în cea de-a treia dimensiune comparativ cu direcțiile paralele la substrat. Forma paternului este dată de arhitectura țesăturii astfel încât se pot obține grile compuse din sfere împachetare fcc. Fiecare ochi al Metarețelelor obtinute prezintă pereți de forma unei prisme triunghiulare care are pe muchia superioară un singur rând de sfere. Interiorul fiecărei celule este format dintr-un monostrat de sfere. Metarețelele obținute prezintă un indice de refracție negativ, un comportament anormal la difracția prin transmisie a luminii și efectul de superprismă. Pot fi formate și pe substraturi curbe. Metarețelele obținute pot fi folosite drept măști litografice pentru litografia naturală rezultând structuri nanometrice ordonate cu efect de umbrire. Pot fi folosite de asemenea, drept matrițe pentru sinteza unor metarețele de tip invers-opal cu pereți structurați în cea de a treia dimensiune. Metaretelele formate din sfere de polistiren de dimensiuni mari (20 micrometri) pot fi infiltrate cu nanoparticule sau compozite polimer/nanoparticule și calcinate pentru a obține Metarețele pe bază de nanoparticule pentru a fi utilizate în biologie sau medicină ca și 3D hierarchical tissue scaffolds.

Abstract this graphic:

Faza nr. 92

Responsabil: Dr. L. Gheorghe

Termen de predare: 10.12.2021

Title: „Dezvoltarea de cristale Nd:LYSB pentru emisie laser eficientă în domeniul spectral 1 µm. Medii ceramice de tip sesquioxide dopate cu ioni de pământuri rare pentru infraroșul apropiat”

Abstract: A. Un cristal laser de calitate înaltă 3.5 at.% Nd:LYSB cu topire aproape congruentă a fost crescut prin metoda Czochralski. A fost folosit un montaj termic special, iar compoziția topiturii, direcția de creștere, precum și vitezele de tragere și rotație au fost optimizate. A fost obținută emisie laser eficientă în regim de undă continuă (CW) la 1062 nm folosind ca sursă de pompaj o diodă laser la 807 nm cuplată cu fibra optică. Cristalul Nd:LYSB a generat o putere maximă de emisie de 2.20 W pentru o putere de pompaj absorbită de 4.20 W, având o eficiență a pantei mare de ηsa= 0.59 (în raport cu puterea de pompaj absorbită).
B. La nivel național, au fost obținute pentru prima dată ceramici policristaline transparente de tip x-at.% Nd:Y2O3 (x = 0.6, 0.8, și 1.0) cu simetrie cubică, prin reacție în fază solidă și proces de sinterizare în vid. Investigatiile structurale, morfologice și optice confirmă posibilitatea utilizării acestora ca medii laser ceramice pentru generarea de emisie laser în NIR (1.08 µm).

Abstract this graphic:

Anul 2022 – Schema de realizare a PN 19 15 01 01

Phase I

Faza nr. 93

Responsabil: Dr. B. Mihalcea

Termen de predare: 14.04.2022

Title: „Proiectarea și realizarea unui cuptor de ioni. Teste preliminare privind excitarea ionilor stocați utilizând un rezonator coaxial”

Abstract: Sunt discutate problemele legate de proiectarea unei capcane cuadrupolare de RF și a unei surse de ioni integrate, în special problema minimizării potenţialelor electrice de suprafață și a câmpurilor electrice parazite care transformă potențialul electric de stocare într-unul anarmonic și degradează sensibil performanțele capcanei. Apoi, sunt discutate aspecte legate de calculul potențialul electric al capcanei și de proiectarea unui rezonator coaxial, acesta din urmă având rolul de a realiza adaptarea de impedanţă dintre sursa de RF și capcana de ioni. Prin utilizarea unor formule empirice este efectuat un calcul al parametrilor fizici ai rezonatorului și este realizată bobina elicoidală (coaxială) și ecranul magnetic. Apoi, este discutată problema stabilităţii clasice a unui sistem de doi ioni confinaţi într-o capcană Paul 3D de RF, asimilaţi cu doi oscilatori cuplaţi. Sunt obținute soluţiile sistemului de ecuații cuplate care caracterizează dinamica asociată sistemului. În plus, sunt obţinute modurile de oscilaţie ale sistemului de ioni și este demonstrat faptul că, condiţia de cuplaj slab nu este aplicabilă în practică, în timp ce în cazul modurilor colective de mişcare (și a cuplajului puternic) numai un vârf al masei poate fi detectat. Portretele de fază și spectrele de putere reprezentate ilustrează modul în care traiectoria sistemului efectuează o mișcare cuasiperiodică pe suprafața unui tor, denumit tor Kolmogorov-Arnold-Moser (KAM). Pentru a realiza o descriere completă a stabilităţii dinamice a sistemului, este introdus un model care caracterizează stabilitatea și punctele critice prin intermediul matricei Hessiene a potenţialului. Acest model este apoi utilizat pentru a investiga dinamica cuantică pentru sisteme multi-particulă alcătuite din ioni identici, confinaţi în capcane ionice cuadrupolare 2D sau 3D. În final, același model este utilizat pentru a descrie cazul unei capcane combinate 3D cuadrupolare cu simetrie axială, pentru care este obţinută funcţia Hamilton asociată. Distribuţia ionică poate fi descrisă prin intermediul modelării analitice și numerice, utilizând funcţia Hamilton obţinută. Metoda introdusă în cadrul fazei este eficientă pentru a identifica parametrii experimentali adecvaţi pentru diferite tipuri de capcane ionice, prin aplicarea unei metode unitare și coerente, și în special pentru identificarea configuraţiilor de echilibru, de larg interes pentru obţinerea cristalelor de tip Coulomb (cristale ionice) și pentru a implementa operaţiile de logică cuantică. În concluzie, se poate afirma că metoda propusă în cadrul fazei permite identificarea parametrilor experimentali optimi pentru operarea în bune condiţii atât a capcanei cât și a rezonatorului coaxial, astfel încât să se obţină cristalele de tip Coulomb și stocarea stabilă.

Abstract this graphic:

În figurile de mai jos au fost ilustrate portretele fazice și spectrele de putere pentru sistemul de doi ioni confinaţi într-o capcană de RF (asimilaţi cu doi oscilatori cuplaţi), pentru diferiți parametri experimentali aleși în mod aleator. Dinamica asociată sistemului este periodică sau cuasiperiodică în majoritatea cazurilor.

Faza nr. 94

Responsabil: Dr. G. Miron

Termen de predare: 14.04.2022

Title: „Calculul 3D al ecuațiilor perturbațiilor ideale în plasma tokamak”

Abstract: A fost construit un model spre a fi validat prin intermediul testării comportamentului dinamic al perturbațiilor ideale în plasmele tokamak. Modelul a fost inițial validat pentru cazul perturbațiilor rezistive, neoclasice, iar acum scopul e de a-l testa și în cazul perturbațiilor ideale. Deoarece perturbațiile ideale nu suferă un salt al derivatei radiale a fluxului magnetic perturbat asociat, i.e. practic nu există discontinuitate ci, în mod obișnuit, un gradient al presiunii în plasmă e responsabil de apariția perturbației ideale, rata de creștere a amplitudinii locale și curentul de bootstrap asociat perturbației sunt eliminate din calcul, spre deosebire de cazul rezistiv. Obiectivul fazei e de a testa modelul și codul propuse în raport cu descărcări reale în care a fost raportată existența perturbațiilor ideale. Rezultatele pe care le-am obținut au fost comparate cu rezultatele experimentale prelucrate de softuri de analiză de date ale instalațiilor tokamak unde au avut loc descărcările în plasmă. A fost găsită o bună potrivire dintre calculele noastre și rezultatele experimentale, ceea ce reprezintă un bun argument pentru validitatea modelului nostru. Prin urmare, am oferit un instrument la îndemână, menit a fi testat în raport cu descărcări reale în plasmă, un instrument ce poate fi folosit pentru determinarea unor mărimi din plasmă ce sunt dificil de obținut sau pentru verificarea fiabilității diverselor date diagnostice din plasmă, o chestiune de o importanță deosebită întrucât poate implica schimbări semnificative în mecanismul de detenție și diagnostică al instalației.

Abstract this graphic:

Faza nr. 95

Responsabil: Dr. C. Diplașu

Termen de predare: 14.04.2022

Title: „Aplicații ale fasciculelor de electroni accelerați în interacția laser-plasmă în medicină, industrie și securitate”

Abstract: În scopul dezvoltării de aplicații ale fasciculelor de electroni accelerați cu laser la CETAL-PW, s-au identificat parametrii experimentali laser-plasmă (energie puls laser, durată puls, spot focal și densitate de gaz, etc.) care influențează în cea mai mare măsură caracteristicile fasciculelor de electroni accelerați în jeturi de gaz supersonice. S-au analizat pe rând parametrii spațio-temporali ai pulsurilor laser ultraintense de femtosecunde și cei ai țintei gazoase (jet de gaz supersonic), punându-se în evidență metodele de variere și optimizare pentru obținerea de fascicule de electroni cu stabilitate spațială ridicată, coaxiale cu fasciculul laser, și cu spectre continue sau cvasi-monoenergetice. S-a arătat că densitatea gazului din jet este un parametru decisiv în selecția tipurilor de spectre energetice de electroni, cu implicații directe în alegerea tipului de aplicații la care pot fi folosiți. Concret, spectrele continue cu variație exponențială simulează mediul de radiație din jurul planetelor fiind de interes pentru industria spațială pentru faptul că se pot testa componentele electronice care urmează să fie folosite la viitoarele misiuni spațiale (ex. misiunea JUICE a Agenției Spațiale Europene – ESA). Pe de altă parte, electronii accelerați cu spectrele cvasi-monoenergetice în domeniul 100 – 250 MeV (așa numiții electroni de foarte mare energie VHEE) au devenit în ultimii ani de mare interes pentru comunitatea medicală angrenată în tratarea cancerului prin radioterapie.
De asemenea, s-a propus o metodă alternativă de evaluare a fluenței de electroni bazată pe detecția pulsurilor electromagnetice (EMP) în cazul aplicațiilor pentru care nu mai este posibilă diagnostica fasciculului de electroni cu ecranul scintilator LANEX.
S-a realizat un sistem de iradiere cu electroni care permite o scanare X-Y-Z a probelor (biologice, electronice, etc.) și s-au făcut teste preliminare de iradiere în vederea dezvoltării de aplicații în medicină, științe spațiale și securitate. Doza totală de iradiere cu fascicule de electroni integrată pe toate pulsurile campaniei de testare a fost evaluată la o valoare relativ mică (0.12 Gy), dar ținând cont că pulsurile sunt ultrascurte, adică de ordinul ps, debitul de doză este foarte mare, ceea ce poate duce la efecte semnificative în anumite tipuri de aplicații.

Abstract this graphic:

Faza nr. 96

Responsabil: Dr. M. Nistor

Termen de predare: 14.04.2022

Title: „Funcționalizarea filmelor subțiri de oxizi în plasmă”

Abstract: A fost evidențiat efectul funcționalizării în plasmă netermică de hidrogen asupra filmelor subțiri de oxid de indiu prin măsurări electrice și optice și analiză de suprafață. Proprietățile optoelectronice ale filmelor subțiri funcționalizate au fost îmbunătățite, obținându-se valori optimizate pentru o durată de tratament în plasmă netermică de hidrogen de 30 minute. De asemenea, proprietățile filmelor subțiri funcționalizate sunt reproductibile și stabile în timp.

Abstract this graphic:

Faza nr. 97

Responsabil: Dr. M. Zamfirescu

Termen de predare: 12.05.2022

Title: „Fabricare de microstructuri în polimeri și sticle pentru microacceleratoare de electroni prin scriere directă cu laser folosind procese multifotonice”

Abstract: În această etapă de proiect a fost dezvoltată o metodă de fabricare a microstructurilor DLA prin tehnologia bazată pe fotopolimerizare de doi fotoni cu pulsuri laser ultrascurte. Au fost determinați parametrii optimi de procesare prin scriere directă cu laser pentru a compensa efectele de îngroșare a muchiilor microstructurii din polimer, păstrând abaterea dintre dimensiunile proiectare și cele fabricate la un nivel de sub 5%, pentru detalii ale structurii periodice de ordinul a 1 μm. Prin simulare numerică au fost stabilite geometrii optime de obținere a efectului de intensificare optică în câmp apropiat și s-au stabilit etapele tehnologice de realizare a structurilor de tip DLA. Acest studiu deschide persective pentru o nouă temă de cercetare, unică la nivel național, cu impact în domeniul dezvoltării de surse miniaturizare de radiații.

Abstract this graphic:

Faza nr. 98

Responsabil: Dr. G. Crăciun

Termen de predare: 12.05.2022

Title: „Măsurări dozimetrice și evaluarea radioprotecției la un accelerator liniar de electroni de 6 MeV; dimensionarea ecranelor de protecție”

Abstract: Radioprotecția este un domeniu interdisciplinar care are drept scop realizarea protecției individului și a mediului față de acțiunea unui tip de radiații și anume acelea care pot produce efecte biologice. Principiile generale de radioprotecție conform Comisiei Internaționale de Protecție Radiologică (ICRP) sunt: principiul justificării, principiul optimizării protecției și principiul aplicării limitelor dozei. În vederea asigurării radioprotecției la utilizarea unui accelerator liniar de 6 MeV, ecranele de protecție trebuie dimensionate astfel încât cele trei principii ale radioprotecției să fie îndeplinite simultan. Se identifică apoi documentele de referință din legislația națională a domeniului nuclear, precum și standardele internaționale de calcul de ecrane de radioprotecție (ex: Legea nr. 111/1996 privind desfășurarea în siguranță, reglementarea, autorizarea și controlul activităților nucleare modificată 2018, Normele privind cerințele de bază de securitate radiologică modificate 2018, standardul ANSI/HPS N43.3-2008), se declară caracteristicile tehnice ale instalației radiologice care intervin în calculul ecranelor, se declară ipotezele de calcul și dozele maxim admise și se calculează dimensiunea ecranelor de protecție la radiația primară, secundară și împrăștiată. Pentru ecranarea radiațiilor primară și de fugă, emise de un accelerator liniar de 6 MeV, este necesară o grosime de beton de 120 cm.

Abstract this graphic:

Faza nr. 99

Responsabil: Dr. O. Toma

Termen de predare: 14.06.2022

Title: „Sinteză și proprietăți ale pulberilor nanometrice de granați partial dezordonați dopați cu ioni de pământuri rare”

Abstract: Este prezentată sinteza unor granați partial dezordonați dopați cu Er³⁺, sub formă de pulberi nano-cristaline, prin metoda sol-gel. Granații investigați sunt (Ca_2.94Er_0.03Li_0.03)Li_0.275Nb_1.775Ga_2.95O₁₂ (CLNGG – Calcium Lithium Niobium Gallium Garnet) și Er:Y₃Al_5-xGa_xO₁₂ (YAGG – Yttrium Aluminum Gallium Garnet). Au fost sintetizate probe de YAGG cu concentrații de Ga de x= 1.5, 2.5, 3.5. Concentrația de Er³⁺ în toate probele a fost de 1% atomic.
Caracterizarea structurală prin difracție de raze X a pus în evidență formarea fazei de granat în toate probele sintetizate, cu dimensiuni ale cristalitelor sub 100 nm. În cazul CLNGG, a fost pusă în evidență prezența unor faze cristaline nedorite care însă nu contribuie semnificativ la luminescența probei. În cazul YAGG, a fost necesar un tratament termic care a redus concentrația fazei monoclinice nedorite până la un nivel nesemnificativ, crescând în același timp dimensiunea medie a cristalitelor. Constanta de rețea a compusului YAGG crește cu creșterea concentrației de Ga³⁺ (raza ionică a acestuia fiind mai mare decât a Al³⁺), conform legii lui Vegard.
Au fost înregistrate spectrele de absorbție și luminescență ale probelor sintetizate. Spectrele de luminescență ale Er:YAGG prezintă linii semnificativ mai largi decât cele ale Er:YAG, fapt ce poate fi explicat prin dezordinea locală indusă de ocuparea aleatorie a pozițiilor octaedrice și tetraedrice de către ioni de Al³⁺ și Ga³⁺. Intensitatea luminescenței probelor de Er(1%):Y₃Al_5-xGa_xO₁₂ crește cu concentrația de Ga³⁺ datorită micșorării energiei maxime a fononilor rețelei cu creșterea concentrației de Ga³⁺ (mai greu decât Al³⁺).

Abstract this graphic:

Faza nr. 100

Responsabil: Dr. C. Luculescu

Termen de predare: 14.06.2022

Title: „Aplicații ale spectroscopiei laser pentru identificarea combinațiilor de substanțe active”

Abstract: În acest studiu am încercat să evaluez variația cu temperatura a enantiomerilor ibuprofenului în formulări medicamentoase comerciale. Studiul este important atât ca metodă de analiză a degradării formulărilor medicamentoase, cât și ca metodă generală de analiză a compușilor activi chirali. Spectrele Raman pentru 5 medicamente pe bază de ibuprofen ca ingredient activ au fost achiziționate folosind radiație laser de excitare în vizibil (532 nm) și infraroșu apropiat (785 nm), atât pentru nucleu, cât și pentru film. Rezultatele sunt afectate puternic de fluorescență, în special a filmului. În general, semnalul obținut se poate prelucra pentru eliminarea contribuției datorate fluorescenței. Analiza Raman a medicamentelor pe bază de ibuprofen se poate efectua neinvaziv, nedistructiv, prin blistere cu radiație laser de probă în NIR și cu puteri suficient de mari astfel încât adâncimea de penetrare să depășească grosimea filmelor. Studiul activității optice Raman în funcție de temperatură s-a efectuat pe nucleele formulărilor medicamentoase pe bază de ibuprofen în zona frecvențelor medii și în zona frecvențelor joase. În zona frecvențelor medii nu au fost observate diferențe în activitatea optică Raman. În zona frecvențelor joase am reușit să pun în evidență modificări în activitatea optică între modurile de vibrație de la ~69 cm^-1 și ~79 cm^-1. Diferența este mică, apare la polarizare de 90^o pentru semnalul împrăștiat și ar trebui confirmată de măsurări cantitative. Pe măsură ce probează modurile vibraționale intermoleculare legate la ordinea pe distanță lungă (adică, cristalinitatea), această tehnică este utilă în special pentru investigarea proprietăților în stare solidă și care este adaptată pentru analiza calitativă și cantitativă a medicamentelor cristaline și amorfe.

Abstract this graphic:

Faza nr. 101

Responsabil: Dr. I. Nicolae

Termen de predare: 14.07.2022

Title: „Îmbunătățirea sensibilității senzorilor prin dezvoltarea unei noi tehnici de analiză a semnalului bazată pe analiza spectrului Fourier a instabilităților de fază”

Abstract: Sensibilitatea și limita de detecție a senzorilor SAW au fost îmbunătățite prin dezvoltarea și implementarea unei noi tehnici de detecție bazată pe rezonanța acustică a straturilor chemoselective ale senzorilor SAW. Această nouă tehnică de detecție constă în variația controlată a frecvenței de rezonanță a oscilatorului SAW prin modificarea factorului de amplificare din bucla de feedback a acestuia. Datorită dependenței neliniare a proprietăților acustice ale stratului chemoselectiv de amplitudinea de oscilație, modificarea amplificării duce la schimbarea frecvenței de rezonanță. Caracteristica amplificare-frecvență a oscilatorului SAW prezintă elemente specifice acusticii stratului chemoselectiv, cum ar fi frecvențele de rezonanță ale acestuia. Acestea pot fi puse în evidență cu ușurință, deoarece corespund unei discontinuități pronunțate a caracteristicii amplificare-frecvență. Variația locației specifice a acestei discontinuități poate fi folosită ca indicator pentru prezența analitului. Metoda a fost demonstrată pentru filme subțiri nanostructurate, rezultatele măsurărilor indicând o creștere a limitei de detecție de la 203 ppm pentru tehnica convențională, la 28.8 ppm cu noua tehnică.
Interacțiile acustice strat-SAW au fost studiate pentru straturi de diferite grosimi și suprafețe, precum și pentru straturi cu conținut diferit de nanoparticule de Fe₃O₄.
Evaluarea caracteristicilor amplificare-frecvență a straturilor cu concentrație diferită de nanoparticule a pus în evidență efecte concretizate prin modificarea poziției saltului de frecvență, valoarea frecvenței maxime și prezenta unor caracteristici ce sugerează efecte acustice specifice polimerului fără conținut de nanoparticule. Efectele constatate au fost explicate prin creșterea rigidității straturilor datorită prezenței nanoparticulelor de Fe₃O₄, și prin creșterea masei straturilor prin adaos de material cu densitate crescută.

Abstract this graphic:

Faza nr. 102

Responsabil: Dr. I. Urzică

Termen de predare: 14.07.2022

Title: „Studierea cu metode optofluidice și complementare a suprafețelor nemetalice modificate prin expunere la fascicule laser”

Abstract: Cercetarea în nanoștiință și nanotehnologie este puternic încurajată și dezvoltată în zilele noastre datorita impactului său pozitiv asupra dezvoltării de noi domenii precum nano-biologie, nanoelectronică, nano-fotonică și micro- și nano-fluidica. Recent, suprafețele superhidrofobe, pentru care unghiul de contact cu apa este mai mare de 150° și unghiul de alunecare mai mic de 10°, au primit atenție datorită numeroaselor aplicații biologice până în industrie.
Obiectivul fazei a fost să se proiecteze și să se realizeze un sistem inovator, flexibil și cu costuri reduse pentru producerea de suprafațe metalice superhidrofobe. Scopul principal al acestui pattern metalic este obținerea unui dispozitiv de amprentare care să fie utilizat pe materiale polimerice precum polidimetilsiloxan pentru obținerea de suprafețe superhidrofobe.

Abstract this graphic:

Faza nr. 103

Responsabil: Dr. C. Ristoscu

Termen de predare: 14.07.2022

Title: „Filme subțiri de apatită biomimetică- chitosan și uleiuri esențiale cu efect antimicrobian”

Abstract: În ultima vreme, rezistența la antibiotice a microorganismelor a devenit o preocupare serioasă în domeniul sănătății, ducând la dezvoltarea de noi strategii de combatere a infecțiilor nosocomiale. O soluție este utilizarea uleiurilor esențiale pentru a realiza controlul asupra microorganismelor rezistente la antibiotice. Se știe de multă vreme că plantele medicinale naturale produc componente bioactive care au proprietăți antimicrobiene, antifungice, antivirale și insecticide puternice și prezintă un mare interes pentru utilizarea lor ca agenți terapeutici.
Această fază a inclus sinteza prin tehnica de evaporare laser pulsată asistată de o matrice (MAPLE) de filme subțiri funcționalizate și caracterizarea acestora. Filme subțiri din apatită -chitosan-ulei esențial de eucalipt (ACP-CHT-EEO) au fost sintetizate prin MAPLE folosind o sursă laser cu excimer KrF*(λ = 248 nm, τ_FWHM≤ 25 ns). Au fost efectuate studii pentru stabilirea fluenței optime, a solventului, precum și a geometriei set-up-lui experimental cu scopul obținerii unor acoperiri uniforme, omogenene şi aderente. În continuare, filmele obținute, cu o grosime de aproximativ 650 nm (măsurată cu un profilometru XP2 Ambios (SUA), cu rezoluție verticală de 0,1 nm și având un senzor optic de măsurare a înălțimii), au fost supuse unor investigații complexe morfologice, compoziționale și biologice. Morfologia suprafeței este cea caracteristică structurilor depuse cu ajutorul laserului, compuse din granule nanometrice de formă rotundă (atribuite CHT) și picături (de diferite forme, apărute în urma dispersiei uleiului esențial în matricea ACP-CHT), acestea din urmă având un impact neglijabil asupra omogenității acoperirilor MAPLE. Toate aceste observaţii au fost confirmate şi de investigaţiile prin microscopie de forţă atomică.
Integritatea funcțiilor chimice și stoichiometria materialului depus nealterat a fost demonstrată aplicând spectroscopia în infraroşu cu transformată Fourier (FTIR). Acoperirile MAPLE funcționalizate cu ACP-CHT-EEO, cu toate că au prezentat un puternic caracter inhibitor asupra tulpinilor microbiene investigate, respectiv Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa au prezentat un grad crescut de citotoxicitate.
Prin urmare, în urma caracterizărilor efectuate în cadrul acestei faze, următoarele investigații trebuie directionate către identificarea rețetei optime de material (o concentrație mai redusă de ulei esențial de eucalipt) pentru care filmele fabricate să poată asigura un spectru larg de protecție antimicrobiană (şi pentru ciuperci) concomitent cu o biocompatibilitate semnificativ îmbunătățiță.

Abstract this graphic:

Faza nr. 104

Responsabil: Dr. Fl. Dumitrache

Termen de predare: 15.08.2022

Title: „Dezvoltarea de retete tehnologice pentru prepararea de nanofluide magnetice stabilizate pentru aplicatii bio-medicale sau farmacologice”

Abstract: În acest studiu sunt dezvoltate soluții tehnologice privind sinteza de nanoparticule prin piroliză laser, eventual protecția acestora cu agenți stabilizanți. Se realizează trei studii parametrice, unul ce folosește etena ca gaz senzitivant și vizează analizarea influenței ponderii de oxidant din amestecul reactiv în sinteza NPs- oxid de fier, al doilea ce folosește izopropanolul ca senzitivant și urmărește influența debitului total reactiv și implicit a timpului de rezidență în flacără asupra structurii și morfologiei NPs de oxid de fier și un studiu relativ la sinteza de NPs cu proprietăți catalitice pe bază de TiO2 urmărind influența elementului de decorare (Pt, Pd) ori a dopantului (V, W) și a nivelului de decorare/dopare, în esență urmărind prepararea de nanostructuri hibride: magnetic/ fotocatalitic. Pulberile sintetizate prin piroliza laser sunt analizate prin XRD, EDS, XPS, BET și TEM apoi sunt evaluate proprietățile magnetice. În condiții determinate se obțin nanoparticule tip SPION cu dimensiune de cristalit fiind 4-10 nm, cu magnetizare de saturație ridicată (30- 100 emu/g) și dispersare facilă în medii apoase. Pulberile pe bază de TiO2 și decorate cu metale nobile sunt analizate morfo-structural, ulterior este evidențiat efectul fotocatalitic de degradare a CH3OH sub acțiunea luminii solare simulate. Pornind de la acele NPs cu proprietăți morfo-structurale promițătoare se studiază optimizarea procesului de preparare de suspensii stabilizate de NPs magnetice în fluide bio-utile și integrarea acestora în microstructuri ordonate obținute prin auto-asamblare. În acest sens se evaluează stabilitatea NPs în fluide organice (toluen, cloroform sau DMSO) folosind acidul oleic ca stabilizant, obținând rezultate remarcabile (Z-size ~50-100 nm constante în timp). Pentru apa distilată ca fluid de bază NPs de oxid de fier obținute prin ambele proceduri generează o bună stabilitate electrostatică atât timp cât Ph-ul este unul slab acid (~4.5-6.5), se obțin valori de 100-300 nm pentru Z size și 35-45 mV pentru Z-potential. Pentru mediile acide stabilizarea cu chitosan a permis obținerea unor suspensii stabile în timp cu valori de ~100 nm Z-Size constante în timp și peste 60 mV Z-Potential, caracteristicile unei suspensii foarte stabile în timp. Pentru PBS ca fluid de bază este dezvoltată o metodă de preparare ce folosește L-Dopa ca stabilizant, testele preliminare indică o mică diminuare a viabilității celulare când mediul de cultura este expus la suspensia de NPs stabilizată. Prin metode de autoasamblare sunt realizate patternuri de tip cristal coloidal din polistiren pentru utilizarea lor drept scaffolduri, evaluarea nivelului de ordonare este ilustrat prin analize SEM.

Abstract this graphic:

Faza nr. 105

Responsabil: Dr. C. Gheorghe

Termen de predare: 14.09.2022

Title: „Noi sisteme și procese de sensibilizare a emisiei în materiale active cristaline și ceramice dezordonate compoziţional. Mediu cristalin Er³⁺: ABC₃O₇ pentru emisie laser la 3 μm cu aplicaţii în medicină și biologie”

Abstract: I. Scopul investigaţiilor din acestă etapă este caracterizarea spectroscopică a ceramicilor de tip granat Ca₃(Nb,Li,Ga)₅O₁₂ (CLNGG) dopate cu ioni Ce³⁺ și co-dopate cu ioni RE³⁺ (Sm, Dy) precum și cu sisteme de doi ioni (Sm, Dy) și (Tb, Dy) și de trei ioni (Sm, Dy, Ce) și (Sm, Tb, Ce) în scopul evaluării lor ca materiale laser sau fosfori în domeniul vizibil. Astfel, s-au identificat noi sisteme luminescente cu emisie în domeniul spectral alb, având la bază transferul de energie între ionii dopanţi selectaţi în diferite combinaţii ionice. Prin modificarea concentrației de ioni de dopanţi și selectarea unei lungimii de undă de excitație adecvată, s-a obţinut emisie în alb, în probe CLNGG dopate cu sistemele de doi ioni (Ce, Sm) și (Ce, Dy). Rezultatele obţinute pe aceste ceramici co-dopate sugerează că acestea pot fi utilizate ca materiale pentru fosfori cu emisie în alb. Alte cercetări sunt în curs de desfășurare.
II. Cristalul SrLaGa₃O₇ dopat cu Er³⁺ și co-dopat cu Yb³⁺ (SLGO :Er: Yb) a fost crescut cu succes prin metoda Czochralski (Cz) în cadrul laboratorului de Electronica Cuantică a Solidului. Spectrul de raze X pe pulberea de cristal evidențiază în mod clar prezența fazei tetragonale unice cu grupul spațial P-421m. Au fost măsurate și investigate spectrele de transmisie și fluorescență, precum și curbele de dezintegrare a fluorescenței pentru cristalul Yb,Er: SLGO. Au fost investigate cinci lungimi de undă de pompaj: 300 nm, 488 nm și 825 nm, 894 nm și 975 nm (corespunzător pompajului prin up-conversie). Cea mai mare transmitanţă poate ajunge la 76% la 3000 nm când măsurăm perpendicular pe axa de creștere a cristalului (proba 4). Rezultatele obţinute demonstrează că cristalul Yb,Er: SLGO este un material laser excelent pentru emisie laser în infraroșu apropiat și mediu.

Abstract this graphic:

Faza nr. 106

Responsabil: Dr. I. Anghel

Termen de predare: 14.09.2022

Title: „Microstructuri fotonice obţinute prin procesarea materialelor semiconductoare cu pulsuri laser ultrascurte”

Abstract: Principalul obiectiv al acestei faze a constat în modelarea numerică şi realizarea experimentală de microstructuri fotonice de tip cristal fotonic induse cu pulsuri laser ultrascurte în materiale semiconductoare cu indice de refracţie liniar cu valoare ridicată (n_ZnO = 2 şi n_TiO2 = 2.14), cu aplicaţii în domeniul fotonicii. Cristalele fotonice sunt materiale artificiale structurate periodic care prezintă benzi interzise, adică domenii de frecvenţă în care lumina nu se propagă prin structura periodică. Acestea constau din alternanţa a două materiale cu indici de refracţie diferiţi şi al căror constrast este mare. Microstructurarea periodică a materialelor semiconductoare are ca efect apariţia de benzi fotonice interzise pentru domenii spectrale de interes în fotonică. Lărgimea spectrală a benzilor interzise este determinată de simetria reţelei microstructurate periodic şi de parametrii caracteristici acesteia. Metoda undei plane (PWM) a fost utilizată pentru obţinerea, prin calcul numeric, a diagramelor de benzi interzise a microstructurilor fotonice. Cristalele fotonice au fost obţinute experimental prin procesare cu pulsuri laser ultrascurte a filmelor de oxid de zinc (ZnO) şi dioxid de titan (TiO₂). Cristalele fotonice studiate constau dintr-o reţea de găuri dispuse în geometrie triunghiulară având perioada a = 1.6 µm, respectiv a = 1.7 µm. Rezultatele obţinute prin calcule numerice au fost în concordanţă cu rezultatele obţinute experimental cu pulsuri laser ultrascurte.

Abstract this graphic:

Faza nr. 107

Responsabil: Dr. L. Duţă

Termen de predare: 13.10.2022

Title: „Rolul temperaturii de depunere in modificarea proprietatilor mecanice ale straturilor subtiri de hidroxiapatita de origine naturala sintetizate prin PLD”

Abstract: In cadrul acestei etape, au fost fabricate prin tehnica de depunere laser pulsata straturi subtiri de hidroxiapatita de origine naturala (derivata din scoici), simple (SS) sau dopate cu MgF2 (SS:MgF). Pentru a evidentia rolul temperaturii de depunere in modificarea proprietatilor mecanice ale acestor structuri, substraturile din Ti au fost incalzite la valori diferite (400, 500 si, respectiv, 600 °C). Straturile subtiri sintetizate au fost analizate din punct de vedere structural, morfologic si compozitional, inainte de a fi supuse testelor de extragere fortata. Asadar, investigatiile XRD au demonstrat existenta fazei HA in toate straturile subtiri depuse. Analizele FT-IR au evidentiat benzile principale specifice gruparilor fosfat, care sunt caracteristice unei structuri de tip HA. Investigatiile SEM au indicat straturi subtiri cu morfologii rugoase, alcatuite din picaturi, raportate in literatura de specialitate ca fiind medii propice culturilor celulare. Masuratorile EDS au aratat ca valorile raportului Ca/P au fost asemanatoare celor intalnite in cazul apatitelor de origine biologica. In ceea ce priveste testele de extragere fortata, in cazul straturilor subtiri SS si SS:MgF, s-au obtinut valori superioare controlului din Ti, dar si standardelor in vigoare pentru cazul acoperirilor implantologice destinate aplicatiilor cu incarcari biomecanice mari (> 15MPa). In cazul straturilor subtiri SS, a fost observata o tendinta de crestere a aderentei la substratul din Ti odata cu cresterea temperaturii de depunere, in timp ce pentru structurile dopate (SS:MgF), s-au identificat valori superioare ale aderentei, in corelatie cu o tendinta de scadere a acestor valori odata cu cresterea temperaturii de depunere. Acest rezultat poate fi pus pe seama unei posibile influente a MgF asupra morfologiei si cristalinitatii structurilor depuse.
Tinand cont atat de rezultatele mecanice, structurale, morfologice si compozitionale, dar si de faptul ca materialele de baza sunt ieftine si provin din surse sustenabile, putem afirma ca materialele BHA, simple (SS) si dopate (SS:MgF), pot fi considerate substitute viabile celor HA sintetice pentru un spectru variat de aplicatii in implantologie.

Abstract this graphic:

Faza nr. 108

Responsabil: Dr. N. Scărisoreanu

Termen de predare: 13.10.2022

Title: „Optimizarea proceselor de obtinere a micro-nanostructurilor dielectrice pentru integrarea acestora in dispozitive de accelerare de electroni”

Abstract: În cadrul acestei etape s-au realizat filme subțiri și heterostucturi de materiale dielectrice și feroelectrice (cum ar fi HfO2, ZrO2 și BFO) care au fost investigate din punct de vedere morfologic, optic și dielectric. Caracterizarea optică indică faptul că probele oxidice se apropie de valorile caracteristice materialelor bulk cu creșterea numărului de pulsuri, indicând numărul mare de defecte sau deformare structurala indusa de substrat pentru probele cu grosime redusa. În cazul heterostructurilor dielectrice se observă faptul ca indicele de refracție a ZrO2 este puțin mai mic decât așteptat ce.. Heterostructurile dielectrice hibride de BiFeO3 prezintă un răspuns normal pentru acest material in anumite conditii de obtinere. Măsurătorile dielectrice indică variații mari ale valorilor constantelor dielectrice si piederilor dielectrice ale filme subțiri dielectrice in functie de conditiile de depunere si componenta heterostructurii, atribuite diferențelor de cristalinitate, rugozității și a efectelor de interfață.
Deasemenea a fost realizat un cod pentru simularea distributiei de camp electromagnetic in structuri dielectrice aflate sub pompaj optic si a accelerarii electronilor pe baza acestuia. Forma actuala a codului permite calculul componentelor campului electromagnetic pentru structuri periodice si varierea parametrilor acestora, pentru a identifica geometriile cu cele mai mari concentrari ale campului. Partea de accelerare de electroni este functionala, se va continua cu gasirea de solutii la problema sincronizarii acestora cu campul electromagnetic, ce face ca accelerarea finala sa aiba valori foarte mici, maximul atins fiind de numai 0.05%.

Abstract this graphic:

Faza nr. 109

Responsabil: Dr. Sf. Irimiciuc

Termen de predare: 13.10.2022

Title: „Optimizarea în timp real a procesului de depunere de straturi subțiri prin utilizarea concomitent a doua sau mai multe tehnici complementare de diagnoza plasmei”

Abstract: Filmele subțiri de CuI au fost depuse prin ablație laser în diferite atmosfere de Ar. Controlul asupra morfologiei, structurii și naturii defectului filmului depus a fost încercat prin tehnici in situ de diagnoza plasmei. Filmele depuse au prezentat cristalinitate stoichiometrică in întreaga gamă de condiții experimentale fără oxidare reziduală, conform măsurătorilor XRD și XPS. Valorile benzii interzise au fost variate prin controlul energiei cinetice a ionilor de plasmă, condițiile optime fiind definite de ionii Cu și I cu energii cinetice care depășesc 200 eV. Variația presiunii Ar duce la schimbări în natura vacantelor din film de la vacanțe de I si Cu interstițial la filme dominante de vacante de Cu. Măsurătorile de plasma efectuate in timpul depunerilor cu au arătat că adăugarea de Ar duce la obținerea unor distribuiți preferențială a ionilor de Cu în plasmă, ceea ce duce ulterior la pierderi de energie si a densităților de Cu. Acest dezechilibru energetic din plasmă se reflectă în dispariția vacantelor Cu interstițiali. Generarea de vacanțelor Cu interstițiali este posibilă în condiții de plasmă de temperatură ridicată și potențial de plasma scăzut (Te > 20 eV și Vp < 8 V). Creșterea potențialului de plasma echilibrează accelerarea din timpul expansiunii și menținerea unei temperaturi ridicate a substratului poate duce la obținerea filmelor cristaline chiar și in condiții de peste 10Pa de Ar.

Abstract this graphic:

Etapa a II-a

Faza nr. 110

Responsabil: Dr. S. Amarande

Termen de predare: 14.09.2022

Title: „Determinarea distorsiunilor spaţio-temporale ale fasciculelor cu bandă largă a frecvenţei. Măsurare şi reprezentare”

Abstract: Am implementat un montaj experimental și o metodă pentru măsurarea cuplajului amplitudinii din domeniul spaţio-spectral, chirp-ul spaţial, folosind un spectrometru cu obţinerea imaginii. Montajul și metoda au fost folsite pentru diagnosticarea fascicului laser din primul amplificator cu derivă a frecvenţei al unui laser cu puterea de vârf de 1 PW. Pentru caracterizarea cantitativă a chirp-ului spaţial am utilizat un parametru normalizat definit prin momentul de ordinul 1 mixat al intensităţii spaţio-spectrale.

Abstract this graphic:

Intensitatea spaţio-spectrală măsurată după semi-compresor: (a) Fanta SOI perpendiculară pe planul dispersiei reţelelor, (b) Fanta SOI paralelă cu planul dispersiei reţelelor.

Faza nr. 111

Responsabil: Dr. M. Demeter

Termen de predare: 14.11.2022

Title: „Formularea și evaluarea hidrogelurilor de tip microemulsie pentru eliberarea controlată de principii active cu proprietăți hidrofobe”

Abstract: În acest proiect se raportează obținerea și caracterizarea unor hidrogeluri tip microemulsie, realizate din amestecuri polimerice complexe formate din: carboximetilceluloză, poli(vinilpirolidonă), poli(etilenoxid) adiționate cu ulei volatil de lavandă, prin iradiere cu electroni accelerați.
Pentru optimizarea emulsiilor, s-au preparat pentru început trei amestecuri constituite din surfactant (Tween 80) și co-surfactant (alcool izopropilic) cu rapoarte diferite care au constituit baza microemulsiei (Smix 3, Smix 4 și Smix 5). Uleiul de lavandă a fost dispersat în amestecul Smix în diverse rapoarte masice.
Hidrogelurile microemusie au fost caracterizate din punct de vedere fizico-chimic prin: fracție de gel, capacitate de gonflare, stabilitate și biodegradare (pH fiziologic), transparență optică, analiză vîscozimetrică și spectrocolorimetrică, iar din punct de vedere structural, prin analiză FTIR. Hidrogelurile de tip microemulsie realizate conform rețetelor 4 și 5, nu sunt adezive, își păstrează forma la manipulare, au caracter elastic și au prezentat o fracție de gel de peste 55%. Hidrogelurile au prezentat grade de gonflare diferite, cuprinse între 7700 – 18000 %, ceea ce demonstrează că sunt materiale superabsorbante. Emulsiile au prezentat stabilitate prelungită în condiții de pH diferit, fără să se dizolve și își mențin structura, ceea ce demonstrează că prin compoziția aleasă și condițiile de iradiere, emulsiile sunt stabile datorită formării de legături covalente între grupările funcționale specifice compușilor utilizați. Hidrogelurile cu grad ridicat de gonflare și procent moderat de biodegradare, au fost selectate pentru studiile următoare deoarece aceste compoziții indică faptul că sunt formate dintr-o matrice polimerică cu stabilitate structurală crescută. Emulsiile realizate conform rețetei 4 au prezentat o vîscozitate apropiată cu cea a amestecului polimeric inițial, situându-se în același interval valoric, iar emulsiile din setul 5 au prezentat o variație omogenă a viscozității. Creșterea proporției de surfactant în compoziția emulsiilor, a crescut puterea de absorbție a hidrogelurilor, dar pentru unele compoziții, a condus la separare de faze a emulsiei.
Microemulsiile realizate conform rețetelor din setul 4 și 5, au prezentat o transparență optică ridicată, având valori de peste 97%, de asemenea analiza spectrocolorimetrică a confirmat că microemulsiile și-au menținut luminozitatea, în raport cu amestecul polimeric inițial (L*∼99%). Majoritatea probelor au prezentat doar modificări ușor perceptibile ochiului uman cu valori ale ΔEab = 2 – 3. Emulsiile preparate cu o concentrație mai crescută de ulei de lavandă au arătat o modificare globală vizibilă a culorii cu o valoare ΔEab ≈ 4,8. Hidrogelurile tip micoemulsie, sunt elastice, au rețea permanentă și capacitate crescută de absorbție a lichidelor, specifică hidrogelurilor reticulate.

Abstract this graphic:

Faza nr. 112

Responsabil: Dr. A. Bratu

Termen de predare: 9.12.2022

Title: „Detectia urmelor de agenți chimici explozivi”

Abstract: Identificarea substanțelor chimice periculoase reprezintă un mijloc important de prevenire a accidentelor de explozie și avertizare timpurie a pericolelor secundare. Necesitatea detectării și identificării materialelor periculoase a condus la dezvoltarea multor sisteme de detectare a urmelor de agenți chimici explozivi pe bază de sisteme cu laser. Cele mai importante caracteristici de performanță ale sistemelor de detecție a urmelor agenților chimici explozivi includ sensibilitatea ridicată, selectivitatea, reversibilitatea și funcționarea în timp real. Spectrosopia fotoacustică cu laser cu CO2 și spectroscopia în domeniul de timp cu radiație THz demonstrează caracterul vibraţional şi rotaţional al moleculelor. Datorita acestor proprietăţi structura moleculară a substantelor poate fi determinată din radiaţia absorbită sau transmisă. Având un astfel de spectru (absobţie și/sau emisie) putem identifica substanţe complexe. Cu cât vom avea o bază de date mai mare cu spectre în domeniul IR și THz, cu atât mai multe substanţe complexe vor putea fi identificate.
Spectroscopia fotoacustică cu laser cu CO2 a fost folosită pentru detectarea unor agenți chimici explozivi precum benzen, toluen, acetonă și etilenglicol. Semnalele fotoacustice ale probelor au fost înregistrate în domeniul 9.2 -10.8 µm. S-a observat o valoare maximă a semnalului de benzen pe linia 9P(30) a laserului cu cu CO2. Toluenul a prezentat mai multe picuri de absorbție, în regiunea 9 µm cu 4 valori maxime ale semnalului pe liniile 9P(24), 9P(28), 9R(22), 9R(20). Acetona prezintă valori maxime în ramura 10P în special pe liniile 10P(28) și 10P(20). Etilenglicol prezintă o valoare maximă a semnalului pe linia 10R(8), dar și pe liniile 10R(6) și 10R(14).
Folosind spectroscopia în domeniul timp cu radiație THz s-au obținut spectrele de transmisie în domeniul 0.1-3 THz pentru compuși precum azotatul de amoniu, clorat de potasiu, dinitrobenzen, hexametilenteramină și s-a observat ca au spectre caracteristice de amprentă THz.
Cele două tehnici au pus în evidență diferite modele spectrale caracteristice pentru fiecare substanță și se pot observa comportamente spectrale diferite. Folosirea acestor două tehnici pentru identificarea cât mai multor substanţe periculoase, reprezentă o noutate în domeniul securitații, pe plan naţional şi internaţional, fiind capabile să identifice în timp real, substanţele periculoase pentru securitatea persoanelor, apărare, antiterorism şi al contrabandei prin recunoaşterea semnăturii spectrale a materialului periculos.

Abstract this graphic:

Faza nr. 113

Responsabil: Dr. S. Vizireanu

Termen de predare: 9.12.2022

Title: „Testarea unor aplicatii ale materialelor pe baza de grafena tratate in plasma”

Abstract: Proprietatile fizico-chimice unice ale nanostructurilor pe baza de grafena au condus la utilizarea acestor materiale in numeroase aplicatii. Studiile recente au aratat ca modificarea nanostructurilor prin decorarea cu nanoparticule si/sau modificarea prin metode cu plasma si laseri au contribuit la obtinerea de arhitecturi, denumite nano-hibride. Proprietatile acestor materiale hibride imbunatatesc mult performantele in diferite aplicatii cum este cataliza, senzoristica, stocarea energiei etc, acestea fiind mult mai eficiente comparativ cu materialelor initiale. Tendința actuala în domeniul sintetizarii nanohibridelor consta combinarea/decorarea nanostructurilor de carbon (nanotuburi, grafene si mai nou grafene veticale) cu nanoparticule ce contin diferiti oxizi metalici: RuOx, MnOx, WOx, etc. Pe de alta parte, la manipularea, transferul si integrarea acestor nanostructuri in diferite circuite submicronice, pe suporti flexibili si sensibili la temperatura apar numeroase probleme tehnice rezolvate rapid prin folosirea unor metode de transfer cu laseri (laser induced forward transfer – LIFT).
In acest studiu, am efectuat experimente de sinteza si modificare cu plasma a materialelor pe baza de grafena de tip nanopereti carbonici (CarbonNanoWalls-CNW cunoscute si sub denumirea de grefene verticale), depunerea de grafene multistrat obtinute prin uscarea unor suspensii de grafene achizitionate din comert, dar si sinteza si decorarea cu nanoparticule de oxid de wolfram. Dupa caracterizarea morfologica si compozitionala ale acestor materiale simple sau tratate cu plasma au fost testate doua tipuri de aplicatii: detectia de gaze si stocarea de energie.
In ceea ce priveste detectia de gaze, au fost transferate straturi de CNW pe electrozi flexibili cu ajutorul metodei LIFT. Materialul sensibil transferat s-a dovedit util in detectarea la temperatura camerei a amoniacului in concentratii de 20 ppm.
In cazul stocarii de energie am folosit mai multe tipuri de grafene verticale multistrat, CNW simple, CNW modificate in plasma, dar si CNW decorate cu nanoparticule de wolfram. Decorarea cu particule de wolfram s-a facut intr-o prima etapa electrochimic, dar si prin sublimarea la 800 C a oxidului de wolfram urmat de condensare pe diferiti suporti in prezenta plasmei. Investigarile de material au aratat ca atat morfologia (particule ~10 nm si bine dispersate), cat si chimia suprafetei (prezenta oxidului dar si a nitrurii de wolfram in cazul condensarii) sunt diferite in functie de metoda aleasa. Testele electrochimice au arata ca este posibil sa obtinem electrozi pentru supercapacitori performanti din materialele hidride enumerate mai sus. Capacitantele specifice al probelor decorate cu nanoparticule din oxid de wolfram obtinut prin condensarea asistata de plasma sunt mult mai mari (sute de mF/cm2), decat in cazul decorarii electrochimice cu nanoparticule de wolfram (zeci de mF/cm2).

Abstract this graphic:
Testarea unor aplicatii ale materialelor pe baza de grafena tratate in plasma.

Faza nr. 114

Responsabil: Dr. A. Palla Papavlu

Termen de predare: 9.12.2022

Title: „Dezvoltarea de matrici de senzori chemorezistivi cu materiale active pe baza de straturi nanometrice de metale de tranzitie dicalcogenide”

Abstract: Filmele subtiri atomice bidimensionale (2D) precum bisulfura de molibden (MoS2 ) prezinta un potențial important de a fi utilizate in senzori 2D de gaze. Cu toate acestea, provocările datorate metodelor si tehnicilor de sinteză au făcut această sarcină dificilă. În plus, mecanismele de detectare a moleculelor de gaz nu sunt pe deplin înțelese. In aceasta faza de realizare a proiectului, raportăm obtinerea de straturi nanometrice de metale de tranzitie dicalgogenide (MoS2), caracterizarea lor morfologica, structurala, electrica si compozitionala, precum si aplicarea lor in matrici de senzori chemorezistivi.
Straturi nanometrice de metale de tranzitie dicalgogenide (MoS2) au fost obtinute prin tehnica depunerii laser pulsate (PLD). Prin optimizări successive, i.e., optimizarea distantei tinta-substrat, optimizarea temperaturii substratului in timpul depunerii, precum si optimizarea fluentei laser, am reușit să obținem straturi nanometrice de metale de tranzitie dicalgogenide (MoS2), care au fost ulterior folosite în fabricarea de senzori. Abordarea aleasă a fost simplă și flexibilă datorită faptului că MoS2 a fost depus cu ușurință prin PLD, pe o varietate de substraturi (SiO2, safir, electrozi interdigitali) fără a fi nevoie de o funcționalizare prealabilă a suprafeței.
Straturile nanometrice de metale de tranzitie dicalgogenide (MoS2) depuse prin PLD au fost caracterizate și au fost obținute proprietățile lor optice, structurale și morfologice. De asemenea, au fost realizati senzori pe baza de straturi nanometrice de metale de tranzitie dicalgogenide (MoS2), cu raspuns stabil la expunerea la mai mult de 10 cicluri de amoniac. Senzorii astfel realizati au un răspuns ridicat la amoniac (Ra/Rg ~2,2) si timpi de răspuns/recuperare rapizi.
Primele rezultate obținute au fost trimise spre publicare (la jurnalul Materials), pregatim de asemenea un articol cu titlul “Layerd metal dichalcogenides thin films deposited by pulsed laser deposition for sensor development” (provizoriu), autori: A. Bercea, M. Pandele, S. Brajnicov, A. Palla-Papavlu. Rezultatele au fost diseminate catre comunitatea stiintifica la conferintele internationale EMRS Spring Meeting, International Conference on Laser, Plasma, and Radiation – Science and Technology Bucuresti, Nanotexnology 2022, Salonic, Grecia.
Obiectivele asumate au fost îndeplinite, iar investigațiile demarate continuă pentru evaluarea sensibilitatii si selectivitatii senzorilor pe baza de straturi atomice bidimensionale de MoS2 catre alti compusi volatili organici.

Abstract this graphic:

Faza nr. 115

Responsabil: Dr. B. Sava

Termen de predare: 9.12.2022

Title: „Realizarea de materiale vitroase cu proprietati opto-magnetice si semiconductoare, in sisteme complexe, dopate cu TeO2 sau V2O5, cu rezistenta chimica mare, depuneri prin PLD, metoda sol-gel sau MS, pentru aplicatii in eco-nanotehnologii”

Abstract: Scopul acestor cercetari a fost de a proiecta, realiza si investiga obtinerea de straturi subtiri prin metoda sol-gel, depunere spin-coating, din sistemul ternar V2O5 – B2O3 – P2O5, pentru utilizare in sisteme fotonice, optoelectronice si pentru aplicatii magneto-optice. Au fost realizate soluri stabile si depuneri sol-gel spin-coating pentru trei compozitii selectate, pe substraturi lamele de microscop din sticla complexa silico-calco-sodica. Au fost depuse cate trei straturi, fiecare strat fiind depus timp de 60 s si uscat la temperatura de 90 oC timp de 60 s. Au fost efectuate tratamente termice ulterioare la 150 si 200 oC. A fost selectat sistemul cu 50 % molare oxid de vanadiu ca fiind cel mai stabil. Din imaginile SEM s-au observat urmatoarele: i) Calitatea depunerilor este buna, dar apar unele defecte de tip incluziuni; ii) Depunerea uscata la 90 oC are o structura omogena granulara, cu granule de cativa microni si defecte rare de tip goluri; iii) Depunerea tratata termic la 150 oC prezinta granule mai pronuntate, cu dimesiuni de 5-10 microni; iv) Depunerea tratata termic la 200 oC arata caracteristici ale unei depuneri continue, vitrifiata aproape complet, cu defecte relativ rare, de tip incluziuni gazoase. Din analiza DRX se observa profile fara maxime specific cristaline, deci se trage concluzia ca toate probele sunt amorfe. Tratamentul termic conduce la vitrifierea peliculei, fara a se observa cristalizari in masa vitroasa. Analiza XPS a probelor a condus la observatiile: i) au fost identificate elementele fosfor si vanadiu in toate probele, iar borul doar in proba uscata; ii) carbonul si azotul au fost identificati ca impuritati tehnologice; iii) procentele de oxigen si fosfor cresc cu cresterea temperaturii de tratament termic; iv) procentul de vanadiu este fluctuant, initial creste de la proba uscata la proba tratata la 150 oC, apoi scade la proba tratata la 200 oC; v) maximele specifice vanadiului se deplaseaza puternic de la proba uscata la proba tratata termic la 150 oC, catre energii mai inalte, apoi se stabilizeaza, dar totusi cresc usor la proba tratata termic la 200 oC, ceea ce se datoreaza integrarii vanadiului in reteaua vitroasa boro-fosfatica. Au fost publicate un numar de 3 articole in reviste bine cotate ISI (2 in zona rosie Q1, unul in zona galbena Q2) si au fost realizate 3 prezentari la conferinte internationale. Se propune continuarea cercetarilor pana la stadiul de TRL4 cu potentiale valorificari prin transfer tehnologic, la nivel de TRL5-TRL6.

Abstract this graphic:

Faza nr. 116

Responsabil: Dr. B. Mitu

Termen de predare: 9.12.2022

Title: „Evaluarea interactiei cu materia vie a materialelor nanocompozite pe baza de matrici polimerice sintetizate prin tehnici combinate cu plasma”

Abstract: In cadrul studiilor realizate in aceasta etapa a proiectului au fost sintetizate cu ajutorul unor tehnici cu plasma filme subtiri de materiale nanocompozite pe baza de matrici polimerice de tip polietilenglicol (PEG) si poliisopropilacrilamida (PNIPAM), si respectiv nanoparticule de argint, si au fost investigate proprietatile fizico chimice si de interactie cu materia vie a acestora. Studiile de compozitie ilustreaza prezenta legaturilor tipice in functie de compozitia utilizata in sinteza, si inducerea unor legaturi caracteristice de tip carboxilic si respectyiv amino/amida la tratarea suprafetelor cu plasme generate in diferite gaze reactive. Rezultatele au demonstrat eficienta tratamentelor de suprafata pentru materialele polimerice pe baza de PNIPAM, care prezinta un raspuns cu temperatura asociat starii extinse si respectiv starii colapsate in functie de temperatura de lucru. In plus, suprafetele au grade diferite de nanostructurare in functie de materialele utilizate ca precursori si respectiv de abordarea cu plasma utilizata, respectiv tratare sau polimerizare la suprafata. Toate materialele obtinute au prezentat un grad ridicat de biocompatibilotate, ilustrat atat de testele cantitative cat si de studiile de aderenta celulara, ce au dovedit acoperirea uniforma a suprafetelor, cu celule intinse pe toata suprafata si caracteristici tipice de imprastiere si multiplicare. Studiile de aderare si detasare celulara a ilustrat capabilitatile induse de combinarea intre materiale polimerice cu punct critic si tratamentele cu plasma pentru cresterea eficientei proceselor dezirabile de manipulare celulara, care deschid perspective importante in zona bioingineriei suprafetelor asistata de procesarea cu plasma.
Rezultatele obtinute au fost publicate in reviste ISI din zona rosie (Q1) si au fost diseminate prin participare la mai multe conferinte internationale sub forma de prezentari poster, orale si lectii invitate.

Abstract this graphic:

Etapa a III-a

Faza nr. 117

Responsabil: Dr. C. Fleacă

Termen de predare: 9.12.2022

Title: „Dezvoltarea de nanostructuri și nanofluide pe bază de nanopulberi compozite sintetizate prin piroliză laser, pentru stocare, generare sau transfer eficient al energiei”

Abstract: Primul obiectiv al acestei faze a constat în sinteza de nanostructuri carbonice tip Grafene Induse cu Laser LIG, pornind de la compozite pe bază de poliimidă în care s-au dispersat alte structuri carbonice, compozite obținute prin amestecarea acidului poliamic cu cantități mici de oxid de grafene sau de nanocornuri monoperete carbonice, urmate de tratamentul termic al acestora la 250°C. Peliculele compozite au fost apoi iradiate cu un laser infraroșu cu CO2 la diferite puteri laser și viteze de scanare a fascicolului pe probă. Materialele rezultate au fost analizate prin tehnici SEM și Raman. S-a observat că la puteri mici are loc doar o descompunere incipientă a poliimidei, fiind necesare puteri mai mari laser pentru a genera nanostructuri carbonice poroase tip LIG. Acestea sunt compuse din membrane poroase și structuri filamentare interconectate. În prezența SWCNHs și la puteri mari se obţin structuri predominant fibrilare. Spectrele Raman ale structurilor carbonice relevă prezența zonelor hibridizate sp2 specifică grafitului și grafenelor dar și a unui procent variabil de defecte. Al doilea obiectiv al acestei faze s-a concretizat în studiul influenței încălzirii în aer la temperaturi relativ mari de 750 și 1000°C a unor nanoparticule pe bază de SnO2 dopat cu zinc și fluor obținute prin piroliză laser de amestecuri de precursori organometalici Sn(CH3)4 și Zn(C2H5)2 în prezența SF6 și a aerului. Pentru comparație s-au sintetizat și probe fără dopaj cu F prin înlocuirea SF6 cu C2H4. Nanoparticulele brute și cele calcinate au fost analizate prin tehnici XRD, SEM, TEM, Raman, EDS, XPS. Încălzirea în aer duce la creștere a cristalinității și a dimensiunilor de nanoparticule. Tratamentul la 1000°C duce la pierderea fluorului din compoziţia acestora, pe când zincul rămâne în structura cristalină. De asemenea se constată o diminuare a vacanțelor de oxigen la probele calcinate. Al treilea obiectiv a constat în sinteza și caracterizarea de nanofluide hibride apoase pentru transfer termic/încălzire solară. S-au sintetizat nanofluide stabilizate cu carboximetilceluloză sodică cu două tipuri de nanoparticule. Acestea au fost sintetizate prin piroliza laser (C)Si), Si, SiC), prin reducere (Ag NPs) sau prin descărcare electrică (nanocornuri monoperete carbonice agregate SWCNHs). Măsurătorile de DLS au relevat diametre hidrodinamice medii în general sub 250 nm, iar valorile negative mari ale potențialui Zeta au confirmat stabilizarea lor cu polielectrolitul anionic. Au fost efectuate teste de simulare a încăzirii solare a acestor nanofluide, observându-se în anumite cazuri o accelerare a încălzirii în comparație cu apa pură în aceeași configurație.

Abstract this graphic:

Faza nr. 118

Responsabil: Dr. O. Stoican

Termen de predare: 9.12.2022

Title: „Dezvoltarea de capcane electrodinamice pentru generarea microplasmelor unicomponenta folosind structuri periodice de electrozi”

Abstract: Capcana electrodinamică reprezintă un sistem de electrozi care permite menținerea unui grup de particule încărcate electric într-o regiune bine definită a spațiului, fără contact fizic cu un suport solid. Datorită acestei caracteristici, poate fi folosită ca element de susținere pentru țintele solide de dimensiuni micrometrice sau nanometrice în cursul interacțiunii acestora cu fasciculele laser. Obiectivul fazei de proiect a fost conceperea unor noi geometrii de electrozi cu scopul maximizării volumului de particule stocate expuse la fasciculul laser și, respectiv, vizibil instrumentelor de observație. Extensia volumului ocupat de particulele stocate și creșterea vizibilității acestora a fost realizată prin inserarea periodică în spațiu (configurații 3D) sau în plan (configurații 2D) a unor grupuri de electrozi similari. Au fost testate diferite aranjamente de electrozi constând din conductoare electrice, în geometrie circulară sau elicoidală, dispuse repetat în plan sau în spațiu. Rezultate notabile au fost obținute folosind ca electrozi o serie de benzi metalice circulare, concentrice, depuse pe o suprafață izolatoare. Astfel, întreg semispațiu de deasupra planului electrozilor este accesibil fasciculului laser incident și vizibil pentru instrumentele de observație.

Abstract this graphic:

Faza nr. 119

Responsabil: Dr. A. Popescu

Termen de predare: 9.12.2022

Title: „Repararea prin placare laser a unor piese cu defecte macroscopice”

Abstract: Acest studiu de cercetare a presupus rectificarea prin acoperire a unor canale cu adancimi de 0.5 mm, 1 mm si respectiv 2 mm. Experimentele au fost realizate utilizand metoda de acoperire prin placare laser cu material de adaos sub forma de pulbere de otel inox 304. Intr-un program de grafica inginereasca s-au realizat desenele tehnice de executie a canalelor prelucrate prin frezare, care reprezinta defectele macroscopice. Pentru obtinerea unor structuri omogene si fara defecte de interior s-au utilizat 600 W putere laser, 0.6 m/min viteza de procesare si 10 g/min debit de pulbere asistat de un amestec de gaze He (4 slpm, gaz purtator) – Ar (7 slpm, gaz protector). Latimea unei singure linii trasate utilizand parametrii optimi de procesare a fost de 1.9 mm, iar strategia de scanare optima pentru adancimea canalului de 0.5 mm distanta hasurii care formeaza meandra a fost de 0.6 mm, iar pentru celelalte 2 adancimi (1 mm si 2 mm) distanta pe orizontala a fost de de 1 mm si pe verticala de 0.6 mm. Acesti parametri s-au utilizat pentru rectificarea prin acoperire cu material de adaos a defectelor macroscopice si au permis obtinerea unui surplus de post-procesare minim. Procesul s-a dovedit a fi stabil din punct de vedere termic, temperatura variind in intervalul 1030-1100 ⁰C. Lipsa fluctuatiilor termice poate fi un indicator al calitatii structurilor depuse. Analiza microscopica in sectiune transversala a probelor a validat aceasta teorie, deoarece toate structurile s-au dovedit a fi fara defecte de interior.

Abstract this graphic:

Faza nr. 120

Responsabil: Dr. M. Boni

Termen de predare: 9.12.2022

Title: „Studiul proprietăților de udare a suprafețelor de către picături de medicamente expuse la radiație laser în condiții de microgravitație”

Abstract: În această fază, interacția radiației laser UV cu picăturile medicamentoase suspendate și proprietățile de udare ale acestora pe o suprafață de aluminiu a fost investigată în condiții de microgravitație. Experimentele au fost efectuate la un nivel de gravitație de 10-6 g la Bremen Drop Tower (Center of Applied Space Technologies and Microgravity, Bremen, Germania). Umectabilitatea suprafeței țintă a fost evaluată prin determinarea unghiurilor de contact și a diametrelor de udare. Picăturile studiate au cuprins soluții de clorpromazină (CPZ) neexpuse și expuse la fascicul laser, precum și apă ultrapură (solvent al probelor de medicament). Una dintre picăturile de medicament a fost expusă în mediul microgravitațional la o radiație laser în undă continuă emisă la 375 nm de o diodă laser. Interacția medicament-suprafață a fost studiată prin generarea simultană a trei picături suspendate (CPZ neiradiat care a fost expus în timp real la radiații laser UV, apă ultrapură și CPZ neradiat) în imediata apropiere a țintei, detașarea acestora pe suprafața de aluminiu, urmată de determinarea unghiurilor de contact și a diametrelor de udare ale picăturilor sesile formate la interfața lichid-solid-aer. Generarea picăturilor, comportamentul, expunerea la fascicul laser și interacțiunea acestora cu ținta au fost vizualizate și înregistrate cu o cameră de mare viteză, imaginile obținute fiind folosite pentru post-analiză folosind software-ul ADVANCE (KRÜSS).
Rezultatele au evidențiat proprietăți de udare îmbunătățite ale soluțiilor neiradiate și iradiate de CPZ în contrast cu apa ultrapură. Mai mult decât atât, se poate remarca faptul că proba expusă la radiație laser asigură proprietăți de udare mai bune față de cea neiradiată. Aceste observații sunt valabile atât în gravitație terestră cât și în microgravitație. De asemenea, a fost observat că toate soluțiile prezintă valori ale unghiurilor de contact mai ridicate la 10-6 g față de condițiile de 1 g.
Experimentul și-a propus să aducă o nouă perspectivă asupra comportamentului picăturilor medicamentoase într-un mediu gravitațional redus.

Abstract this graphic:

Faza nr. 121

Responsabil: Dr. C. Porosnicu

Termen de predare: 9.12.2022

Title: „Expunerea filmelor compuse din WFeCr la fluente de ioni de He relevante pentru fuziunea termonucleara”

Abstract: Studiul materialelor de tip EUROFER 97, precum și a altor tipuri de oțeluri feritic-matensitice este unul deosebit de important în vederea utilizării acestora în componența pereților și în special în co-depunerile din zona divertorului. Aceste tipuri de materiale prezintă multiple beneficii, ele reducând semnificativ retenția de combustibil nuclear, față de reactoarele ce utilizează grafit sau beriliu ca material pentru primul perete interior al reactoarelor de fuziune.
Această faza studiază morfologia, structura cristalină, proprietățile mecanice, retenția și desorbția He din structuri de dimensiuni nanometrice (500nm) de tip W/Cr și W/Cr. Pentru realizarea acestor tipuri de materiale s-au folosit două tehnici de pulverizare magnetron în regim continuu cât și prin utilizarea unui regim hibrid unde catodul prevăzut cu ținta de W a fost operat în regim HiPIMS. Astfel, au fost obținute 12 seturi de probe prin varierea fluxului de He utilizat în timpul depunerii, 5 sccm respectiv 10 sccm, dar și a temperaturii aplicate pe substrat (Temperatura camerei și 437 K). Investigațiile morfologice realizate cu ajutorul SEM pe substrat de W au arătat o morfologie ce urmărește linia substratului atât pentru straturile de W/Cr și W/Fe. Natura cristalină a filmelor de tip W/Cr a fost evidențiată prin XRD de prezența unei faze cristaline intermetalice stoichiometrice Cr0.5W0.5. Gradul de cristalinitate al acestor straturi subțiri este dependent de fluxul de He și de tehnica de depunere și independent de temperatura de lucru. Proprietățile mecanice s-au investigat cu ajutorul nano-indentării. Modulul de elasticitate și duritatea filmelor de tip W/Cr, respectiv Fe-Cr este puternic influențat de temperatura substraturilor în timpul depunerii. Retenția de He și comportamentul de eliberare al acestui gaz din straturile de tip W/Cr și W/Fe a fost studiată prin măsurători TDS.

Abstract this graphic: