Etapa 2 - P4 2017

Shema de realizare a proiectului

Faza nr. 24

Responsabil: Dr. G. Miron

Termen de predare: 15.11.2017

Titlu: "Influenţa dispozitivelor externe coloanei de plasmă asupra perturbaţiilor de forfecare din plasmele tokamak"

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

Faza nr. 25

Responsabil: Dr. N. Scărişoreanu

Termen de predare: 15.11.2017

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

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

Faza nr. 26

Responsabil: Dr. V. Damian

Termen de predare: 15.11.2017

Titlu: "Realizarea unui sistem imagistic hiperspectral experimental folosind un sistem dispersiv interferometric"

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

Faza nr. 27

Responsabil: Dr. A. Scărişoreanu

Termen de predare: 15.11.2017

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

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

Faza nr. 28

Responsabil: Dr. M. Măgureanu

Termen de predare: 20.12.2017

Titlu: "Studiul plasmei netermice pentru aplicaţii în agricultură"

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

Faza nr. 29

Responsabil: Dr. V. Paiş

Termen de predare: 20.12.2017

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

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

Faza nr. 30

Responsabil: Dr. G. Socol

Termen de predare: 20.12.2017

Titlu: "Sinteza de medii sensibile în prezenţa unor gaze specifice"

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

Faza nr. 31

Responsabil: Dr. I. Tiseanu

Termen de predare: 20.12.2017

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

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

Faza nr. 32

Responsabil: Dr. S. Amarandei

Termen de predare: 20.12.2017

Titlu: "Investigarea propagării unor fascicule structurate prin turbulenţă atmosferică"

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

Faza nr. 33

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

Termen de predare: 20.12.2017

Titlu: "Studiul procesului de depunere a structurilor planare cu alternanţă compoziţională şi a influenţei parametrilor de proces asupra proprietăţilor acestora"

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

Faza nr. 34

Responsabil: Dr. M. Scărisoreanu

Termen de predare: 20.12.2017

Titlu: "Sinteze şi depuneri de nanostructuri obţinute prin tehnici laser, pentru aplicaţii ca biosenzori sau acoperiri antimicrobiene"

Rezumat: Particule cu miez pe bază de fier şi acoperit cu strat de ZnO de dimensiuni nanometrice au fost obţinute prin piroliză indusă cu laserul din vapori de dietilzinc (ca donor de Zn) şi pentacarbonil de fier (ca precursor de miez de fier), oxigen (ca oxidant) – dar în cantităţi reduse, strict controlate - şi etilenă (ca sensibilizator). Prezenţa fazelor de ZnO ca şi a celor pe bază de fier (carburi, oxizi) a fost dovedită prin tehnici de XRD şi SAED, iar compoziţia evaluată prin EDS şi XPS. Morfologia miez-coajă a acestor nanocompozite a fost certificată prin imagistică TEM, iar proprietăţile magnetice evaluate prin curbele de magnetizare. Nanopulberea optimizată a fost dispersată în mediu apos în prezenţă de L-dopa şi a dovedit efect de distrugere a celulelor tumorale, neafectând pe cele sănătoase în studii in-vitro. Pulberile din setul Fe@ZnO şi din alt set (sintetizat tot prin piroliză laser) de tip titania nanometrixca notat TiOx au fost dispersate (40 g/l) în etanol absolut şi sonicate în baia de ultrasunete, Cu o micropipetare s-au extras din dispersie 100 µl ce s-au depus pe suporturi de sticlă optică (10x10 mm²) sau plăcuţe de Si (100) având contacte electrice distanţate la 200µm prin pipetarea volumului selectat în timp ce proba se roteşte la 2000 rot/min. Filmele submicronice rezultate au fost omogene şi transparente în vizibil (măsurate pe cele depuse pe suporturile de sticlă prin UV-Viz). Filmele depuse pe suporţi de Si având contacte de Au indică că nanoparticulele de tip Fe@ZnO4 au o rezistenţă cuprinsă între 350 Ω şi 20 KΩ, iar tendinţa este aceea că filmele cresc în conductivitate cu diminuarea concentraţiei de Zn. Filmul nanostructurat pe bază de TiO₂NP prezintă o rezistenţă de peste 20 MΩ comportându-se ca un dielectric. Nanoparticule pe bază de TiO₂ au fost înglobate în matrice de hidrogel din acid poliacrilic reticulat, dovedind proprietăţi de inhibare a dezvoltării coloniilor de bacterii patogene din specia Staphylococcus Aureus, spre deosebire de gelul martor de poliacrilat de sodiu-polivinilpirolidona.

Faza nr. 35

Responsabil: Dr. D. Miu

Termen de predare: 20.12.2017

Titlu: "Depunerea şi caracterizarea filmelor de SnO₂ pentru senzori şi celule fotosolare"

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