Etapa 1 - P2 2017

Shema de realizare a proiectului


Faza nr. 16

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

Termen de predare: 15.02.2017

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

Rezumat: În această etapă s-au realizat:

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

Procesele de ablaţie şi depunerea PLD au fost efectuate într-o cameră de vid din oţel inoxidabil. Drept sursă pentru procesul de ablaţie a fost folosit un laser pulsat cu excimer KrF (CompexPro 201-coerent) care operează la 248 nm, cu o rată de repetiţie de 10 Hz şi un puls de lăţime de 20 ns. După ce este reflectat pe două oglinzi, fasciculul laser intră în camera de vidare din inox, printr-o fereastră de cuarţ şi este focalizat, printr-o lentilă convergentă, pe ţinta rotativă, sub un unghi de incidenţă de 60°, rezultând un profil rectangular la impactul cu ţinta. Substratul este poziţionat paralel cu ţinta la o distanţă de 60 -100 mm. Camera de depunere a fost vidată la o presiune de aproximativ 10-7 mbar înainte de pornirea procesului de depunere.
Probele au fost depuse la o presiune de oxigen de 10-1-10-4 mbar şi la o fluenţă de 2-3 J/cm2
Depunerile au fost efectuate pe substraturi de sticlă boro silicatică şi cuarţ, 6 probe: 4 BP1, 2 BP2 la 600 °C temperatura substratului. Pe un alt substrat de cuarţ, mai gros, au fost efectuate alte două depuneri BP2, la 400 °C temperatura substratului. Cele mai bune rezultate, din punct de vedere al rugozităţii depunerii, au fost obţinute pentru temperatura de 400 °C substrat şi vacuum de 3x10-6 bar.
Investigaţia AFM a substratului din sticla de cuarţ a pus în evidenţă o suprafaţă cu o rugozitate foarte bună, de sub 1 nm.
Investigațiile AFM au arătat că temperatura substratului influențează grosimea filmelor subțiri PLD de BP2. Folosind AFM, am măsurat cât de gros a fost filmul subțire depus prin PLD: la 400 °C, grosimea este aproape dublă față de cel depus la 600 °C.
Rugozitatea este afectată şi de numărul de impulsuri. Rugozitatea crește de la 60 nm până la 150 nm, la 400 °C temperatura substratului, respectiv de la 20 nm la 50 nm, la 600 °C, temperatura substratului, atunci când numărul de pulsuri crește de la 12500 la 25000.
Diseminare: Rezultatele cercetărilor vor fi comunicate la 3 Conferinţe Internaţionale în 2017:
- 19th International Sol-gel Conference, Liege, Belgium, 3-8 septembrie 2017;
- 9th International Conference on Borate Glasses, Crystals and Melts, Oxford, England, 24-28 iulie 2017;
- 10th World Congress of Chemical Engineering, Barcelona, Spain, 1-5 octombrie 2017.
Vor fi trimise pentru publicare un număr de minim 2 articole la reviste inalt cotate ISI din domeniu: Ceramics International, Applied Surface Science.

Faza nr. 17

Responsabil: Dr. A. STAICU

Termen de predare: 15.02.2017

Titlu: "Obţinerea şi caracterizarea emisiei de tip lasing de către micropicături dopate cu nanoparticule"

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

Faza nr. 18

Responsabil: Dr. A. PETRIŞ

Termen de predare: 14.04.2017

Titlu: "Studiul neliniarităţii optice de ordinul trei a unor straturi subţiri pentru aplicaţii în fotonică"

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

Faza nr. 19

Responsabil: Dr. Eniko GYORGY

Termen de predare: 14.04.2017

Titlu: "Investigarea activității fotocatalitice a nanomaterialelor compozite alcătuite din oxizi ale metalelor de tranziţie şi nanoparticule de carbon"

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

Faza nr. 20

Responsabil: Dr. F. SIMA

Termen de predare: 15.06.2017

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

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

Faza nr. 21

Responsabil: Dr. N. PAVEL

Termen de predare: 15.06.2017

Titlu: "Dispozitive laser hibride realizate prin tehnica scrierii directe cu fascicul laser cu durata de ordinul femtosecundelor"

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