Etapa 2 - P2 2016



Faza nr. 7
Responsabil: Dr. Adrian PETRIS
Termen de predare: 15.10.2016
Titlu: "Studiul variatiei cu grosimea si lungimea de unda a constantelor optice liniare de refractie si absorbtie ale unor straturi subtiri pentru aplicatii in fotonica"
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 măsuratorilor de transmitanţă optică. Am analizat influenţa constantelor optice ale substratului in 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 in domeniul de transparenţă al acestuia. Semiconductorul calcogenid ZnSe este un material important pentru fotonică datorită domeniului spectral larg de transparenţă (vizibil, infrarosu apropiat şi mediu) şi indicelui de refracţie mare. Constantele optice liniare ale ZnSe astfel determinate şi dependenţa acestora de lungimea de undă (în vizibil si infrarosu apropiat) şi de grosime vor fi utilizate în studiul răspunsului optic neliniar al straturilor subţiri considerate.

Faza nr. 8  
Responsabil: Dr. Valentin CRACIUN, Dr. Lucica BOROICA
Termen de predare: 15.10.2016
Titlu: "Proiectarea, modelarea, obtinerea si caracterizarea de straturi subtiri nanostructurate din materiale vitroase si vitroceramice boro-fosfatice dopate prin MS"
Abstract: Studiul realizat in aceasta faza a implicat cercetarea si proiectarea de compozitii oxidice vitroase si vitroceramice cuprinzand drept formatori de retea oxidul de fosfor - P2O5 si oxidul de bor - B2O3. Au fost utilizati diversi oxizi ca fondanti si stabilizatori, precum si oxizi dopanti ai elementelor d sau f, care induc proprietati optice, optoelectronice si magneto-optice.
In aceasta faza s-a realizat un studiu de proiectare si modelare de nano-structuri vitroase boro-fosfatice. Au fost selectate si procesate, prin topire la temperatura inalta, de 1250-1300oC, 3 amestecuri oxidice. Topiturile omogenizate au fost apoi turnate in matrite de grafit, iar sticlele obtinute au fost supuse unui tratament specific de recoacere, cu palier de minim 2h, la 450 - 500 oC. Mostrele obtinute au fost caracterizate structural si morfologic si au fost utilizate ca tinte si suporti pentru depunerile de straturi subtiri prin procedeul de pulverizare in plasma de radiofrecventa (magnetron sputtering, MS). Filmele obtinute au fost caracterizate prin microscopie atomica de forta, AFM. Probele de volum au fost obtinute prin metoda neconventionala, umeda, de obtinere a amestecului de materii prime, care apoi a fost topit intr-un cuptor cu bare de superkantal, in creuzete de alumina, 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 tinte pentru obtinerea de filme subtiri pe diferite tipuri de substraturi. S-a utilizat o instalatie tip RF magnetron sputtering asistata de un tun de ioni, instalatie tehnologica de tip VARIAN ER 3119, proiectata si adaptata de firma Elettorava SpA-Italia si INFLPR-Romania. Parametrii de depunere proiectati sunt: constanta cuart = 8.25; densitate tinta BP2 = 2,752 g/cm3; presiune argon = 6,5x10-4 torr; putere activa = 136 W; putere reactiva = 0 W; intensitate = 0,2 A; substrat sticla boro- silicatica, de cuart sau siliciu.Pentru depunerea pe substrat de sticla boro-silicatica, a fost realizata o viteza de depunere de 0,7-1,1 Ǻ/s si o grosime film de 10220 Ǻ, pentru un timp de depunere de 2h 46 min. Din analiza AFM a straturilor subtiri depuse pe suport sticla borosilicatica si cuart s-a observat o suprafata cu rugozitate foarte redusa, depunerea de cea mai buna calitate fiind cea pe sticla de cuart.
Rezultatele cercetarilor au fost comunicate la Conferinta Internationala “8th Materials Science and Condensed Matter Physics - MSCMP”, 12-16 septembrie 2016, Chisinau Republica Moldova in lucrarile: 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”, si 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, lucrarile: 4. “Spin coating depositions from sol-gel rare-earth doped boron-phosphate systems”, si 5. “Structural, morphological and magnetic properties of Ce3+ and Tb3+- doped silico-phosphate sol-gel thin films.

Faza nr. 9
Responsabil: Dr. Ionut JEPU
Termen de predare: 15.10.2016
Titlu: "Studiul filmelor subtiri magnetice continand Mn, preparate prin metoda TVA la diferite temperaturi de functionare"
Abstract: In cadrul prezentei faze au fost propuse doua structuri magnetice, continand Fe si Co ca straturi feromagnetice si Mn, respectiv Cu ca straturi separatoare non-magnetice. Cele doua tipuri de structuri au fost realizate folosind metoda arcului termoionic in vid (TVA) fiind propus realizarea unui studiu comparativ al sensibilitatii raspunsului magnetic, la diferite temperaturi de functionare, avand ca principal scop gasirea unei structuri optime din punct de vedere al sensibilitatii, capabile de a manifesta variatii considerabile ale rezistentei electrice in camp magnetic. Au fost realizate comparatii intre cele doua tipuri de structuri alese fiind urmarite diferentele morfologice si structurale dintre acestea precum si variatia rezistentelor electrice in camp magnetic. Temperaturile de studiu propuse au fost temperatura camerei si ~650C, pentru a simula modul de functionare al dispozitivelor – senzori magnetici - ce au la baza aceste tipuri de structuri.
Pentru realizarea celor doua depuneri de interes a fost utilizata metoda arcului termoionic in vid (TVA) folosindu-se trei sisteme independente anod-catod, aflate intr-o incinta cu vid inaintat. Materialele magnetice (Co, Fe) au fost depuse prin TVA, prin generare de plasme iar materialele nemagnetice (Mn si Cu) care se evapora mai usor au fost depuse prin evaporare termica obisnuita. Ambele filme subtiri au fost de tipul multistrat avand in componenta lor 16 filme subtiri, grosimea totala fiind de 160nm.
In urma analizelor morfologice au fost observate diferente intre cele doua tipuri de structuri, cele pe baza de Cu avand un caracter granular, cele pe baza de Mn fiind compacte. Analizele compozitionale au evidentiat faptul ca in cazul filmului multistrat pe baza de Mn ponderea materialelor feromagnetice este majoritara, concentratia atomica relativa a fierului fiind de ~37.5 at%, respectiv ~39 at% in cazul cobaltului. Aceasta concentratie majoritara a materialului feromagnetic are ca principal efect modul in care rezistenta electrica a acestui tip de structuri va fi sensibila la variatia campului magnetic. In ceea ce priveste structura pe baza de Cu, s-a observat o concentratie majoritara de material nemagnetic cu o valoare de ~54% Cu, concentratia atomica relativa a materialelor feromagnetice fiind de ~23.8 at % Co si ~22.2 at% Fe. Profilul in adancime realizat a subliniat eficienta metodei de depunere alese in ceea ce priveste optimizarea procesului si controlul asupra parametrilor folositi pentru obtinerea structurilor multistrat. Masuratorile magnetice non-invazive au scos in evidenta sensibilitatea celor doua tipuri de structuri la variatii reduse ale campului magnetic. Diferentele dintre cele doua in ceea ce priveste raspunsul magnetic au fost datorate concentratiei majoritar magnetice din fiecare structura. Masuratorile electrice si magnetice au aratat prezenta efectului magnetorezistiv la doua temperaturi de functionare, variatia in camp magnetic a rezistentelor electrice fiind cuprinsa intre 28% si 31%.

Faza nr. 10
Responsabil: Dr. Aurelian MARCU
Termen de predare: 15.10.2016
Titlu: "Producerea caracterizarea si controlul proprietatilor pentru hetero-nano particule fabricate prin tehnici laser"
Abstract: In aceasta faza, au fost produse nanoparticule pe baza de oxizi de fier, respectiv hematita (α Fe2O3), maghemita (γ Fe2O3) şi magnetita (Fe3O4) prin doua tehnici laser: piroliza laser si ablatie laser in lichide. Ele au fost analizate morfologic (SEM, si TEM), structural (EDX, XRD, spectroscopie de teraherti) si functional (zeta potential si DLS). Desii din punctul de vedere al puritatii ablatia in lichide conduce la o puritate superioara al nanoparticulelor, piroliza laser introducind o serie de contaminari in strctura nanoparticulelor, in baza rezultatelor exoistente se poate aprecia ca piroliza laser generat nanoparticule cu o tendinta mai mica de agllomerare. Din punctul de vedere al optimizarii parametrilor laser pentru a atinge (si eventual depasii) rezultatele actiale ale pirolizei laser, utilizarea de puteri de ablatie mai mari decit cele folosite pina in prezent (respectiv > 1W) si lungimi de puls mai mici pare a duce la posibilitatea imbunatatirii parametrilor obtinuti pina in prezent cu aceasta tehnica.

Faza nr. 11
Responsabil: Dr. Catalin TICOS
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Dispozitiv experimental pentru studiul interactiei fascicul de electroni-nano/microparticule levitate in plasma"
Abstract: Aceasta faza a constat in realizarea unui dispozitiv experimental pentru studiul interactiei dintre un fascicul de electroni cu energia de 10 pana la 15 keV cu micro/nanoparticule suspendate in sheath-ul unei plasme de radiofrecventa. Dispozitivul este alcatuit dintr-o sursa de electroni cu bobine de focalizare care produce un fascicul de electroni si o incinta de interactie in care este produsa o plasma in argon intre doi electrozi plan-paraleli. In incinta de interactie sunt introduse, dupa aprinderea plasmei, micro/nanoparticule cu ajutorul unui sistem „dust-dropper”. Datorita incarcarii elecrice in plasma micro/nanoparticulele leviteaza deasupra electrodului rf. In timpul interactiei cu fasciculul de electroni diferenta de presiune dintre incinta de interactie si canalul de fascicul de electroni este de cel putin doua ordine de marime. In conditiile in care introducerea fasciculului in incinta de interactie se face printr-o flansa cu orificiu de 0.5 mm, a fost nevoie de un sistem de vid special conceput pentru a asigura conditiile necesare de presiune.

Faza nr. 12
Responsabil: Dr. Sorin VIZIREANU/ Dr. R. IONITA
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Abordarea unor procedee noi de tratare a lichidelor cu plasme generate in diferite configuratii"
Abstract: Scopul experimentelor din aceasta etapa a constat in studierea si dezvoltarea unor configuratii experimentale utilizabile la tratarea cu plasma a lichidelor si identificarea conditiilor propice de modificare a acestora.
Am studiat mai multe configuratii experimentale si surse de plasma cu descarcare in radiofrecventa, care au fost folosite la tratarea lichidelor. Sursele dezvoltate de noi ce opereaza la presiunea atmosferica (atmosfera deschisa) pot fi folosite in contact cu numeroase lichide si suspensii, dar unele pot functiona si scufundate (in imersie). Aceste surse au fost testate in suspensii apoase, in suspensii bacteriene, dar si in solutii de compusi chimici, chiar cu substante usor inflamabile precum alcool, acetonitril, etc. Eficienta acestor tratamente este dependenta de tipul sursei de plasma folosite, de puterea RF injectata, de tipul si fluxul de gaz folosit in descarcare, dar si de timpul in care a decurs experimentul. Plasmele generate in suspensiile apoase au generat radicali reactivi (ozon, apa oxigenata, ioni hidroxil, particule incarcate, campuri electrice locale intense, radiatie UV etc) in faza lichida ce initiaza reactii in aceste suspensii. Temperatura, PH-ul, conductivitatea si absorbanta lichidelor se schimba, dar se modifica si proprietatile materialelor din aceste suspensii in functie de tratamentul ales.
Aceste studii au ca rezultat dezvoltarea unor configuratii de surse de plasma care functioneaza in contact sau pot fi imersate in diferite lichide, gasirea unor metode prietenoase cu mediul pentru tratarea lichidelor si obtinerea de nanomateriale cu noi functionalitati.

Faza nr. 13
Responsabil: Dr. Magda NISTOR
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Studiul materialelor oxidice avansate obtinute prin tehnici cu plasma pentru aplicatii in energie"
Abstract: Obiectivul fazei a constat in studiul materialelor oxidice avansate sub forma de filme subtiri, obtinute prin tehnici cu plasma, cu proprietati fizice optime si adaptabile pentru aplicatii in domeniul energiei. Pentru sinteza acestor materiale s-a utilizat tehnica cu plasma de tip ablatie cu fascicul pulsat de electroni (PED), care are caracteristici comune cu depunerea laser pulsata. S-au obtinut filme subtiri din materiale oxidice avansate de tip semiconductori transparenti si amorfi (In-Ga-Zn-O), in diverse conditii de depunere. S-a determinat compozitia acestor filme prin metoda spectrometriei de retroimprastiere Rutherford si s-au efectuat masuratori electrice si optice pentru caracterizarea acestor filme. S-a studiat in detaliu rolul stoichiometriei filmelor subtiri de tip In-Ga-Zn-O asupra proprietatilor fizice relavante pentru aplicatii in generarea de energie, evidentiindu-se rolul compozitiei cationice asupra proprietatilor electrice si optice ale filmelor obtinute in diverse conditii 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 subtiri de Siliciu-Germaniu prin C-PLD"
Abstract: In ultimul deceniu, foarte multe cercetari s-au axat pe descoperirea si dezvoltarea de materiale noi, cu proprietati optice, electronice si fizice imbunatatite. Acestea au condus la obtinerea de progrese semnificative in sinteza de noi compusi cu caracteristici remarcabile. Cu toate acestea, investigarea acestora prin procedee conventionale, pas cu pas, sunt consumatoare de resurse si timp datorita cerintelor si complexitatii materialelor folosite pentru aplicatii si tehnologii de viitor. Recent, procedeele combinatoriale au permis o abordare inteligenta si inovativa pentru a depasi aceasta bariera. Aceasta presupune sinteza rapida a unui numar mare de compusi diferiti compozitional si structural printr-un singur pas experimental. O « colectie » a acestor compusi noi sintetizati este denumita generic in literatura ca « biblioteca combinatoriala ». In cadrul acestui proiect, am sintetizat filme subtiri amorfe combinatoriale de Siliciu-Germaniu (a-SiGe) prin procedeul de Depunere Laser Pulsata Combinatoriala (C-PLD din engleza Combinatorial – Pulsed Laser Deposition). Aceasta s-a realizat prin ablatia laser simultana a doua tinte (Si si Ge pure), si depunerea pe substraturi din sticla si Al2O3, mentinute pe durata depunerii la temperatura camerei. Am examinat profilele morfologice si topografice ale suprafetelor prin tehnici de microscopie (SEM), in timp ce distributia compozitiei a fost studiata prin EDX (energy dispersive X-rays spectroscopy). Proprietatile optice si profilele grosimii structurilor depuse cu laserul au fost caracterizate prin elipsometrie. Au fost de asemenea investigate proprietatile electrice ale probelor pe directia longitudinala a acestora pentru diferite concentratii consecutive SixGe1-x (0<x<1).

Faza nr. 15
Responsabil: Dr. Petronela GAROI
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Metode de caracterizare spectrala a materialelor optice dopate pentru celule solare"
Abstract: Initiativa cercetarii domeniului fotovoltaic in Romania este de mare interes, in acord cu cercetarile fundamentale. Astfel, eforturi in realizarea de materiale solare nonpoluante se realizeaza intens in ultimii ani in centrele de cercetare din tara noastra, prin diverse tehnologii si metode de depunere. Se stie ca, tehnologiile fotovoltaice de straturi subtiri sunt atractive deoarece sunt predispuse la nivele mari de productie automata. Colectivul nostru a investigat comportarea filmelor subtiri de TCO si a calcogenidelor, in realizarea de celule solare. Abordarea acestei teme de cercetare cu privire la caracterizarea spectrala a materialelor oxidice de tip TCO pentru celule solare, este justificata in Romania, mai ales prin alegerea unui TCO adecvat. In urma unor testari prealabile, au fost obtinute filme subtiri oxidice transparente (materiale active dopate pentru celule solare), prin metoda de depunere pulverizare magnetron in radio frecventa (rfMS). In acest studiu, am raportat o analiza comparativa a straturilor subtiri oxidice de In2O3:SnO2 (un electrod de contact ideal pentru realizarea celulelor solare) depuse prin rfMS, avand grosimi diferite, in scopul de a urmari modificarile in performanta structurala si optica ale straturilor oxidice. Detalii cu privire la obtinerea si caracterizarea de filme oxidice transparente au fost date in acest raport. Structura si morfologia filmelor depuse au fost studiate prin masuratori XRD si AFM. Au fost obtinute filme uniforme si policristaline, cu valori ale rugozitatilor mai mici de 10 nm. Largimea benzii interzise a filmelor depuse a fost estimata din spectrele de transmisie optica. Au fost determinate proprietatile optice, investigate prin metodele Swanepoel si Drude, aratand ca aceste filme oxidice transparente prezinta rezultate bune, odata cu cresterea grosimii stratului depus.