Etapa 2 - P2 2016
Faza nr. 7
Responsabil: Dr. Adrian PETRIŞ
Termen de predare: 15.10.2016
Titlu: "Studiul variaţiei cu grosimea şi lungimea de undă a constantelor optice liniare de refracţie şi absorbţie ale unor straturi subţiri pentru aplicaţii în fotonică"
Abstract: Am determinat dependenţa de lungimea de undă a indicelui de refracţie liniar, n (ecuaţia Sellmeier) şi a coeficientului de absorbţie, pentru straturi subţiri de ZnSe cu grosimi sub-lungimea de undă utilizând doar rezultate ale măsurărilor de transmitanţă optică. Am analizat influenţa constantelor optice ale substratului în determinarea constantelor optice ale straturilor subţiri. Metoda utilizată în acest raport, bazată pe formalismul Swanepoel, poate fi folosită pentru determinarea constantelor optice ale oricărui strat subţire în domeniul de transparenţă al acestuia. Semiconductorul calcogenid ZnSe este un material important pentru fotonică datorită domeniului spectral larg de transparenţă (vizibil, infraroşu apropiat şi mediu) şi indicelui de refracţie mare. Constantele optice liniare ale ZnSe astfel determinate şi dependenţa acestora de lungimea de undă (în vizibil şi infraroşu apropiat) şi de grosime vor fi utilizate în studiul răspunsului optic neliniar al straturilor subţiri considerate.
Faza nr. 8
Responsabil: Dr. Valentin CRĂCIUN, Dr. Lucica BOROICĂ
Termen de predare: 15.10.2016
Titlu: "Proiectarea, modelarea, obţinerea şi caracterizarea de straturi subţiri nanostructurate din materiale vitroase şi vitroceramice boro-fosfatice dopate prin MS"
Abstract: Studiul realizat în această fază a implicat cercetarea şi proiectarea de compoziţii oxidice vitroase şi vitroceramice cuprinzând drept formatori de reţea oxidul de fosfor - P2O5 şi oxidul de bor - B2O3. Au fost utilizaţi diverşi oxizi ca fondanţi şi stabilizatori, precum şi oxizi dopanţi ai elementelor d sau f, care induc proprietăţi optice, optoelectronice şi magneto-optice.
În această fază s-a realizat un studiu de proiectare şi modelare de nano-structuri vitroase boro-fosfatice. Au fost selectate şi procesate, prin topire la temperatură înaltă, de 1250-1300oC, 3 amestecuri oxidice. Topiturile omogenizate au fost apoi turnate în matriţe de grafit, iar sticlele obţinute au fost supuse unui tratament specific de recoacere, cu palier de minim 2h, la 450 - 500 oC. Mostrele obţinute au fost caracterizate structural şi morfologic şi au fost utilizate ca ţinte şi supoţi pentru depunerile de straturi subţiri prin procedeul de pulverizare în plasmă de radiofrecvenţă (magnetron sputtering, MS). Filmele obţinute au fost caracterizate prin microscopie atomică de forţă, AFM. Probele de volum au fost obţinute prin metoda neconvenţională, umedă, de obţinere a amestecului de materii prime, care apoi a fost topit într-un cuptor cu bare de superkantal, în creuzete de alumină, la temperatura de 1250-1300 oC, timp de 2-4 h. Pentru omogenizarea topiturii s-a utilizat un agitator ceramic, la viteze de 100-300 rot/min.
Materialele vitroase boro-fosfatice de volum au fost utilizate ca ţinte pentru obţinerea de filme subţiri pe diferite tipuri de substraturi. S-a utilizat o instalaţie tip RF magnetron sputtering asistată de un tun de ioni, instalaţie tehnologică de tip VARIAN ER 3119, proiectată şi adaptată de firma Elettorava SpA-Italia şi INFLPR-România. Parametrii de depunere proiectaţi sunt: constanta cuarţ = 8.25; densitate ţintă BP2 = 2,752 g/cm3; presiune argon = 6,5x10-4 torr; putere activă = 136 W; putere reactivă = 0 W; intensitate = 0,2 A; substrat sticla boro- silicatică, de cuarţ sau siliciu. Pentru depunerea pe substrat de sticla boro-silicatică, a fost realizată o viteză de depunere de 0,7-1,1 Ǻ/s şi o grosime film de 10220 Ǻ, pentru un timp de depunere de 2h 46 min. Din analiza AFM a straturilor subţiri depuse pe suport sticlă borosilicatică şi cuarţ s-a observat o suprafaţă cu rugozitate foarte redusă, depunerea de cea mai bună calitate fiind cea pe sticla de cuarţ.
Rezultatele cercetărilor au fost comunicate la Conferinţa Internaţională “8th Materials Science and Condensed Matter Physics - MSCMP”, 12-16 septembrie 2016, Chişinău Republica Moldova în lucrările: 1. „Boron-phosphate sol-gel thin films doped with dysprosium and therbium ions”; 2. „Fracture toughness and hardness at micro- and nanoindentation of phosphate glasses depending on their composition” 3. „Prolonged holding and cyclic loading indentation of aluminophosphate glass: kinetics of deformation”, şi la Conferinta Internationala „Society of Glass Technology Centenary Conference & European Society of Glass Science and Technology 2016 Conference, Glass – Back to the Future!”, Sheffield, UK, 4–8 September 2016, lucrările: 4. “Spin coating depositions from sol-gel rare-earth doped boron-phosphate systems”, şi 5. “Structural, morphological and magnetic properties of Ce3+ and Tb3+- doped silico-phosphate sol-gel thin films.
Faza nr. 9
Responsabil: Dr. Ionuţ JEPU
Termen de predare: 15.10.2016
Titlu: "Studiul filmelor subţiri magnetice conţinând Mn, preparate prin metoda TVA la diferite temperaturi de funcţionare"
Abstract: În cadrul prezentei faze au fost propuse două structuri magnetice, conţinând Fe şi Co ca straturi feromagnetice şi Mn, respectiv Cu ca straturi separatoare non-magnetice. Cele două tipuri de structuri au fost realizate folosind metoda arcului termoionic în vid (TVA) fiind propus realizarea unui studiu comparativ al sensibilităţii răspunsului magnetic, la diferite temperaturi de funcţionare, având ca principal scop găsirea unei structuri optime din punct de vedere al sensibilităţii, capabile de a manifesta variaţii considerabile ale rezistenţei electrice în câmp magnetic. Au fost realizate comparaţii între cele două tipuri de structuri alese fiind urmărite diferenţele morfologice şi structurale dintre acestea precum şi variaţia rezistenţelor electrice în câmp magnetic. Temperaturile de studiu propuse au fost temperatura camerei şi ~650C, pentru a simula modul de funcţionare al dispozitivelor – senzori magnetici - ce au la bază aceste tipuri de structuri.
Pentru realizarea celor două depuneri de interes a fost utilizată metoda arcului termoionic în vid (TVA) folosindu-se trei sisteme independente anod-catod, aflate într-o incintă cu vid înaintat. Materialele magnetice (Co, Fe) au fost depuse prin TVA, prin generare de plasme iar materialele nemagnetice (Mn şi Cu) care se evaporă mai usor au fost depuse prin evaporare termică obişnuită. Ambele filme subţiri au fost de tipul multistrat având în componenţa lor 16 filme subţiri, grosimea totală fiind de 160 nm.
În urma analizelor morfologice au fost observate diferenţe între cele două tipuri de structuri, cele pe bază de Cu având un caracter granular, cele pe bază de Mn fiind compacte. Analizele compoziţionale au evidenţiat faptul că în cazul filmului multistrat pe bază de Mn ponderea materialelor feromagnetice este majoritară, concentraţia atomică relativă a fierului fiind de ~37.5 at%, respectiv ~39 at% în cazul cobaltului. Această concentraţie majoritară a materialului feromagnetic are ca principal efect modul în care rezistenţa electrică a acestui tip de structuri va fi sensibilă la variaţia câmpului magnetic. În ceea ce priveşte structura pe bază de Cu, s-a observat o concentratie majoritară de material nemagnetic cu o valoare de ~54% Cu, concentraţia atomică relativă a materialelor feromagnetice fiind de ~23.8 at % Co şi ~22.2 at% Fe. Profilul în adâncime realizat a subliniat eficienţa metodei de depunere alese în ceea ce priveşte optimizarea procesului şi controlul asupra parametrilor folosiţi pentru obţinerea structurilor multistrat. Măsurările magnetice non-invazive au scos în evidenţă sensibilitatea celor două tipuri de structuri la variaţii reduse ale câmpului magnetic. Diferenţele dintre cele două în ceea ce priveşte răspunsul magnetic au fost datorate concentraţiei majoritar magnetice din fiecare structură. Măsurările electrice şi magnetice au arătat prezenţa efectului magnetorezistiv la două temperaturi de funcţionare, variaţia în câmp magnetic a rezistenţelor electrice fiind cuprinsă între 28% şi 31%.
Faza nr. 10
Responsabil: Dr. Aurelian MARCU
Termen de predare: 15.10.2016
Titlu: "Producerea, caracterizarea şi controlul proprietăţilor pentru hetero-nano particule fabricate prin tehnici laser"
Abstract: În această fază, au fost produse nanoparticule pe bază de oxizi de fier, respectiv hematită (α Fe2O3), maghemită (γ Fe2O3) şi magnetită (Fe3O4) prin două tehnici laser: piroliză laser şi ablaţie laser în lichide. Ele au fost analizate morfologic (SEM şi TEM), structural (EDX, XRD, spectroscopie de teraherţi) şi funcţional (zeta potenţial şi DLS). Deşi din punctul de vedere al purităţii ablaţia în lichide conduce la o puritate superioară a nanoparticulelor, piroliza laser introducând o serie de contaminări în structura nanoparticulelor, pe baza rezultatelor existente se poate aprecia că piroliza laser a generat nanoparticule cu o tendinţă mai mică de aglomerare. Din punctul de vedere al optimizării parametrilor laser pentru a atinge (şi eventual depăşi) rezultatele actuale ale pirolizei laser, utilizarea de puteri de ablaţie mai mari decât cele folosite până în prezent (respectiv > 1W) şi lungimi de puls mai mici pare a duce la posibilitatea îmbunătăţirii parametrilor obţinuţi până în prezent cu această tehnică.
Faza nr. 11
Responsabil: Dr. Cătălin TICOŞ
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Dispozitiv experimental pentru studiul interacţiei fascicul de electroni-nano/microparticule levitate în plasmă"
Abstract: Această fază a constat în realizarea unui dispozitiv experimental pentru studiul interacţiei dintre un fascicul de electroni cu energia de 10 până la 15 keV cu micro/nanoparticule suspendate în sheath-ul unei plasme de radiofrecvenţă. Dispozitivul este alcătuit dintr-o sursă de electroni cu bobine de focalizare care produce un fascicul de electroni şi o incintă de interacţie în care este produsă o plasmă în argon între doi electrozi plan-paraleli. În incinta de interacţie sunt introduse, după aprinderea plasmei, micro/nanoparticule cu ajutorul unui sistem „dust-dropper”. Datorită încărcării elecrice în plasmă micro/nanoparticulele levitează deasupra electrodului rf. În timpul interacţiei cu fasciculul de electroni diferenţa de presiune dintre incinta de interacţie şi canalul de fascicul de electroni este de cel putin două ordine de mărime. În condiţiile în care introducerea fasciculului în incinta de interacţie se face printr-o flanşă cu orificiu de 0.5 mm, a fost nevoie de un sistem de vid special conceput pentru a asigura condiţiile necesare de presiune.
Faza nr. 12
Responsabil: Dr. Sorin VIZIREANU/ Dr. R. IONIŢĂ
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Abordarea unor procedee noi de tratare a lichidelor cu plasme generate în diferite configuraţii"
Abstract: Scopul experimentelor din această etapă a constat în studierea şi dezvoltarea unor configuraţii experimentale utilizabile la tratarea cu plasmă a lichidelor şi identificarea condiţiilor propice de modificare a acestora.
Am studiat mai multe configuraţii experimentale şi surse de plasmă cu descărcare în radiofrecvenţă, care au fost folosite la tratarea lichidelor. Sursele dezvoltate de noi ce operează la presiunea atmosferică (atmosferă deschisă) pot fi folosite în contact cu numeroase lichide şi suspensii, dar unele pot funcţiona şi scufundate (în imersie). Aceste surse au fost testate în suspensii apoase, în suspensii bacteriene, dar şi în soluţii de compuşi chimici, chiar cu substanţe uşor inflamabile precum alcool, acetonitril, etc. Eficienţa acestor tratamente este dependentă de tipul sursei de plasmă folosite, de puterea RF injectată, de tipul şi fluxul de gaz folosit în descărcare, dar şi de timpul în care a decurs experimentul. Plasmele generate în suspensiile apoase au generat radicali reactivi (ozon, apă oxigenată, ioni hidroxil, particule încărcate, câmpuri electrice locale intense, radiaţie UV etc) în fază lichidă ce iniţiază reacţii în aceste suspensii. Temperatura, PH-ul, conductivitatea şi absorbanţa lichidelor se schimbă, dar se modifică şi proprietăţile materialelor din aceste suspensii în funcţie de tratamentul ales.
Aceste studii au ca rezultat dezvoltarea unor configuraţii de surse de plasmă care funcţionează în contact sau pot fi imersate în diferite lichide, găsirea unor metode prietenoase cu mediul pentru tratarea lichidelor şi obţinerea de nanomateriale cu noi funcţionalităţi.
Faza nr. 13
Responsabil: Dr. Magda NISTOR
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Studiul materialelor oxidice avansate obţinute prin tehnici cu plasmă pentru aplicaţii în energie"
Abstract: Obiectivul fazei a constat în studiul materialelor oxidice avansate sub formă de filme subţiri, obţinute prin tehnici cu plasmă, cu proprietăţi fizice optime şi adaptabile pentru aplicaţii în domeniul energiei. Pentru sinteza acestor materiale s-a utilizat tehnica cu plasmă de tip ablaţie cu fascicul pulsat de electroni (PED), care are caracteristici comune cu depunerea laser pulsată. S-au obţinut filme subţiri din materiale oxidice avansate de tip semiconductori transparenţi şi amorfi (In-Ga-Zn-O), în diverse condiţii de depunere. S-a determinat compoziţia acestor filme prin metoda spectrometriei de retroîmprăştiere Rutherford şi s-au efectuat măsurări electrice şi optice pentru caracterizarea acestor filme. S-a studiat în detaliu rolul stoichiometriei filmelor subţiri de tip In-Ga-Zn-O asupra proprietăţilor fizice relevante pentru aplicaţii în generarea de energie, evidenţiindu-se rolul compoziţiei cationice asupra proprietăţilor electrice şi optice ale filmelor obţinute în diverse condiţii de depunere.
Faza nr. 14
Responsabil: Dr. Emanuel AXENTE
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Studii experimentale privind optimizarea parametrilor de lucru pentru sinteza de filme subţiri de Siliciu-Germaniu prin C-PLD"
Abstract: În ultimul deceniu, foarte multe cercetări s-au axat pe descoperirea şi dezvoltarea de materiale noi, cu proprietăţi optice, electronice şi fizice îmbunătăţite. Acestea au condus la obţinerea de progrese semnificative în sinteza de noi compuşi cu caracteristici remarcabile. Cu toate acestea, investigarea acestora prin procedee convenţionale, pas cu pas, sunt consumatoare de resurse şi timp datorită cerinţelor şi complexităţii materialelor folosite pentru aplicaţii şi tehnologii de viitor. Recent, procedeele combinatoriale au permis o abordare inteligentă şi inovativă pentru a depăşi această barieră. Aceasta presupune sinteza rapidă a unui număr mare de compuşi diferiţi compoziţional şi structural printr-un singur pas experimental. O « colecţie » a acestor compuşi noi sintetizaţi este denumită generic în literatura ca « biblioteca combinatorială ». În cadrul acestui proiect, am sintetizat filme subţiri amorfe combinatoriale de Siliciu-Germaniu (a-SiGe) prin procedeul de Depunere Laser Pulsată Combinatorială (C-PLD din engleza Combinatorial – Pulsed Laser Deposition). Aceasta s-a realizat prin ablaţia laser simultană a două ţinte (Si şi Ge pure), şi depunerea pe substraturi din sticlă şi Al2O3, menţinute pe durata depunerii la temperatura camerei. Am examinat profilele morfologice şi topografice ale suprafeţelor prin tehnici de microscopie (SEM), în timp ce distribuţia compoziţiei a fost studiată prin EDX (energy dispersive X-rays spectroscopy). Proprietăţile optice şi profilele grosimii structurilor depuse cu laserul au fost caracterizate prin elipsometrie. Au fost de asemenea investigate proprietăţile electrice ale probelor pe direcţia longitudinală a acestora pentru diferite concentraţii consecutive SixGe1-x (0<x<1).
Faza nr. 15
Responsabil: Dr. Petronela GAROI
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Metode de caracterizare spectrală a materialelor optice dopate pentru celule solare"
Abstract: Iniţiativa cercetării domeniului fotovoltaic în România este de mare interes, în acord cu cercetările fundamentale. Astfel, eforturi în realizarea de materiale solare nonpoluante se realizează intens în ultimii ani în centrele de cercetare din ţara noastră, prin diverse tehnologii şi metode de depunere. Se ştie că, tehnologiile fotovoltaice de straturi subţiri sunt atractive deoarece sunt predispuse la nivele mari de producţie automată. Colectivul nostru a investigat comportarea filmelor subţiri de TCO şi a calcogenidelor, în realizarea de celule solare. Abordarea acestei teme de cercetare cu privire la caracterizarea spectrală a materialelor oxidice de tip TCO pentru celule solare, este justificată în România, mai ales prin alegerea unui TCO adecvat. În urma unor testări prealabile, au fost obţinute filme subţiri oxidice transparente (materiale active dopate pentru celule solare), prin metoda de depunere pulverizare magnetron în radio-frecvenţă (rfMS). În acest studiu, am raportat o analiză comparativă a straturilor subţiri oxidice de In2O3:SnO2 (un electrod de contact ideal pentru realizarea celulelor solare) depuse prin rfMS, având grosimi diferite, în scopul de a urmări modificările în performanţa structurală şi optică ale straturilor oxidice. Detalii cu privire la obţinerea şi caracterizarea de filme oxidice transparente au fost date în acest raport. Structura şi morfologia filmelor depuse au fost studiate prin măsurări XRD şi AFM. Au fost obţinute filme uniforme şi policristaline, cu valori ale rugozităţilor mai mici de 10 nm. Lărgimea benzii interzise a filmelor depuse a fost estimată din spectrele de transmisie optică. Au fost determinate proprietăţile optice, investigate prin metodele Swanepoel şi Drude, arătând că aceste filme oxidice transparente prezintă rezultate bune, odată cu creşterea grosimii stratului depus.