Proiect PN 18 13 01 01/ Cercetari aplicative cu laseri, plasma si radiatii destinate dezvoltarii de tehnologii noi si emergente, materiale si dispozitive avansate

Denumirea Programului Nucleu:

Cercetări avansate de laseri - plasmă - radiaţie - spaţiu

Acronim: LAPLAS V
Contractul nr.: 3N/2018
Denumirea obiectivului: "Cercetări avansate folosind laseri, plasmă şi radiaţii destinate domeniilor de specializare inteligentă şi de interes public"


Cercetări aplicative cu laseri, plasmă şi radiatii destinate dezvoltării de tehnologii noi
şi emergente, materiale şi dispozitive avansate




Codul proiectului: PN 18 13 01 01
Director de proiect: Dr. TISEANU Ion

1. Obiectivul proiectului:
Obiectivul principal al proiectului constă 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. Tehnologii noi şi emergente, metode şi dispozitive/instrumente avansate
  • OG3. Materiale avansate pentru senzori de înaltă precizie

În cadrul tematicii generale „OG1: Materiale și tehnologii pentru dezvoltarea de forme de energie noi și regenerabile” sunt vizate următoarele obiective specifice:

  • OS 1.1 Efectul incluziunilor gazoase de He în structuri compozite de interes pentru fuziunea nucleară cu conţinut de W obţinute prin HiPIMS/DCMS
  • OS 1.2 Obţinerea și caracterizarea straturilor de WN utilizând metoda CMSII
  • OS1.3 Realizarea și caracterizarea fotoelectrozilor de SnO2 nanostructurat depuși prin doctor blade în vederea dezvoltării de tehnologii emergente pentru energie
  • OS 1.4 Structuri fotovoltaice de tip Grätzel ce au drept componentă acoperiri pe bază de TiO2

Aspectele care ţin de domeniul „OG2. Tehnologii noi și emergente, metode și dispozitive/instrumente avansate” vor fi abordate în cadrul următoarelor direcţii:

  • OS 2.1 Producerea și funcţionalizarea materialelor prin tehnologii emergente cu plasmă
  • OS 2.2 Tun coaxial cu plasmă pulsată pentru propulsie în spaţiu
  • OS 2.3 Imprimare 3D de proteze prin depunerea directă cu laserul
  • OS 2.4 Dezvoltarea unui sistem de metrologie industrială prin tomografie de raze X
  • OS 2.5 Laseri cu corp solid cu mai multe fascicule pentru diferite aplicaţii industriale

Domeniul „OG3: Materiale avansate pentru senzori de înaltă precizie” este reprezentat de studii privind:

  • OS 3.1 Sinteza de straturi subţiri de noi materiale avansate bazate pe perovskiti ecologici BCTZ şi BFO dopaţi cu pământuri rare (Pr3+, Eu3+, Gd3+ sau Dy3+) şi determinarea proprietăţilor funcţionale optice, electrice şi fotocatalitice ale acestora
  • OS 3.2 Studii şi experimente preliminare pentru dezvoltarea unui model experimental de detector cu fotodiodă în avalansă
  • OS 3.3 Nanostructuri obţinute prin metode laser formate prin auto-corelare, cu răspuns optic neliniar.

Principalele teme abordate în proiect au corespondenţă în obiectivele ştiinţifice strategice şi direcţiile de cercetare din Planul de Dezvoltare Instituţională pe perioada 2015-2020. În proiect ne propunem şi abordarea unor tematici noi precum: acoperiri dure, pentru funcţionare în condiţii extreme - acoperiri destinate interacţiilor cu plasmă ultrafierbinte din instalaţiile de fuziune; acoperiri destinate opticii care funcţionează în motoarele cu ardere internă, tomografie metrologică, sinteza şi procesarea de noi materiale cu proprietăţi fotocatalitice, senzoriale, celule fotosolare sau materiale pentru ecologizarea mediului. În general, tematicile abordate vor reprezenta direcţii de cercetare pentru următorii ani, cercetarea urmând să fie continuată în cadrul unor proiecte specifice ale planurilor naţionale şi europene.

2. Rezultate preconizate pentru atingerea obiectivului:
OG1. Materiale şi tehnologii pentru dezvoltarea de forme de energie noi și regenerabile

  • OS 1.1 Elucidarea efectului incluziunilor gazoase de He în structuri compozite de interes pentru fuziunea nucleară cu conţinut de W obţinute prin HiPIMS/DCMS. Evaluarea modificărilor survenite la nivel morfo-structural asupra structurilor iradiate cu laseri de mare putere şi efectele acestor modificări aspura mecanismului de retenţie-desorbţie a He
  • OS 1.2 Realizarea şi caracterizarea fotoelectrozilor de SnO2 nanostructurat depuşi prin doctor blade în vederea dezvoltării de tehnologii emergente pentru energie. Obţinerea celulelor solare de tip DSSC plecând de la fotoelectrod de oxid de staniu (obţinut atât prin ablaţia laser cât şi din nanoparticule de SnO2) precum şi determinarea performanţelor acestora;
  • OS 1.3 Structuri fotovoltaice de tip Grätzel ce au drept componentă acoperiri pe bază de TiO2. Identificarea și selecția de noi materiale cu potențial fotovoltaic ridicat. Obținerea de structuri fotovoltaice cu eficiență de conversie îmbunătățită. Obținerea unor structuri fotovoltaice cu durată medie de exploatare superioară celor deja existente.

OG2. Tehnologii noi şi emergente, metode şi dispozitive/instrumente avansate

  • OS 2.1 Producerea şi caracterizarea straturilor de WN obţinute prin metoda CMSII (Pulverizare Magnetron combinată cu Implantarea Ionică).
  • OS 2.2 Tun coaxial cu plasmă pulsată pentru propulsie în spaţiu. Optimizarea tunului coaxial (thruster-ului) pentru aplicaţii spaţiale. Studiu comparativ al folosirii diverselor gaze de propulsie (Ar, He, Xe).
  • OS 2.3 Imprimare 3D de proteze prin depunerea directă cu laserul. Proteze cu design-uri variate obţinute prin tehnologia de imprimare LMD. Straturi milimetrice/submilimetrice de W. Marcaje laser în relief de logo-uri, litere, imagini/figuri.
  • OS 2.4 Dezvoltarea unui sistem de metrologie industrială prin tomografie de raze X. Elaborarea unei proceduri complete (experimentală şi post-procesare) de tomografie computerizată pentru măsurări dimensionale de înaltă precizie. Validarea sistemului de metrologie prin tomografie prin intercomparare cu metode metrologice convenţionale: CMM şi/sau scanare laser. Elaborare de metodologii de prototipare rapidă pe baza modelului tomografic 3D al obiectului; Crearea premiselor autorizării metrologice a metodelor de măsurare coordonate prin tomografie de raze X.
  • OS 2.5 Laseri cu corp solid cu mai multe fascicule pentru diferite aplicaţii industriale. Laseri cu mai multe fascicule în regim de generare liberă şi de comutare a factorului de calitate. Evaluarea posibilităţilor de utilizare în diferite aplicaţii: aprinderea amestecurilor de combustibili, laser 'peening'.

OG3. Materiale avansate pentru senzori de înaltă precizie

  • OS 3.1 Sinteza de straturi subţiri de noi materiale avansate bazate pe perovskiti ecologici BCTZ şi BFO dopaţi cu pământuri rare (Pr3+, Eu3+, Gd3+ sau Dy3+) şi determinarea proprietăţilor funcţionale optice, electrice şi fotocatalitice ale acestora. Se vor obţine filme subţiri cu proprietăţi predefinite de perovskiti ecologici BCTZ şi BFO dopaţi cu pământuri rare (Pr3+, Eu3+, Gd3+ sau Dy3+).
  • OS 3.2 Studii şi experimente preliminare pentru dezvoltarea unui model experimental de detector cu fotodiodă în avalanşă. Se va realiza un dispozitiv prototip care să stea la baza unui produs comercial.
  • OS 3.3 Nanostructuri obţinute prin metode laser formate prin auto-corelare, cu răspuns optic neliniar. Depunere prin PLD de materiale NC de tip NP metalice (Au) în matrice strat subţire oxid (Al2O3).

3. Schema de realizare a proiectului: