Etapa 2 - P4 2016



Faza nr. 7
Responsabil: Dr. V. CRACIUN
Termen de predare: 15.09.2016
Titlu: "Sinteza de noi compusi ceramici pentru incapsularea deseurilor radioactive"
Abstract: Activitatea principala a acestei faze a fost depunerea de materiale ceramice performante sub forma de filme subtiri in vederea studierii efectelor radiatiei asupra proprietatilor, structurii si stoichiometriei. Pe baza acestor rezultate se vor dezvolta noi compusi ceramici cu rezistenta la efectele radiatiei ce pot fi utilizati pentru incapsularea deseurilor radioactive.
Dintre rezultatele obtinute vom mentiona in lista de mai jos doar pe cele mai importante:

  • obtinerea de filme ceramice subtiri prin tehnica ablatiei laser pulsate folosind laseri cu excimeri (KrF-248 nm si ArF-193 nm) cu caracteristici morfologice ale suprafetei compatibile cu tehnici experimentale de investigatie a structurii si proprietatilor cu rezolutie in adancime de ordinul nm;
  • utilizarea tehnicii XRR (reflectometrie speculara a radiatei X) pentru determinarea variatilor de densitate ca efect al iradierii cu ioni energetici sau radiatie gama;
  • investigarea efectului iradierii cu ioni de Ar de 800 keV asupra dimensiunilor grauntilor nanocristalini;
  • investigarea efectului iradierii cu ioni de Ar de 800 keV asupra compozitiei chimice a materialelor ceramice;
  • depunerea de filme ceramice de HfO2 cu proprietati structurale si electrice bune pentru iradieri gama;
  • investigarea efectului radiatiei gama asupra structurii si proprietatilor optice ale filmelor amorfe de HfO2.

Obiectivele acestei faze au fost complet indeplinite. Avem indeplinite toate conditiile necesare pentru continuarea cu succes a cercetarilor si indeplinirea urmatoarelor obiective propuse.

Faza nr. 8
Responsabil: Dr. I. TISEANU
Termen de predare: 15.09.2016
Titlu: "Metode de reconstructie tomografica optimizate pentru caracterizare dimensionala ( lungimi, unghiuri, arii, abateri de forma si de pozitie) si defectoscopica (fisuri, porozitate, incluziuni) a structurilor realizate prin procesare laser/ plasma"
Abstract: Tomografia de raze X (XCT) s-a dezvoltat ca o metodă de metrologie industrială şi de asigurare a calităţii în care se obţin simultan informaţii geometrice şi defectosopice foarte precise pentru structuri 3D complexe realizate prin procesare cu laser, plasmă sau radiaţii. Această tematică oferă contextul pentru elaborarea procedurilor şi aplicarea sistematică a tehnicilor de control nedistructiv existente în INFLPR, ca metode de asigurare a calităţii serviciilor de procesare prin tehnici laser.
În perioada de raportare s-au realizat următoarele activităţi:

  • Au fost analizate prin microtomografie suduri realizate cu un laser de undă continua TruDisk3001, cu un spot laser de 600 µm, la diferiţi parametri, conectat la un sistem robotic cu 6 grade de libertate.
  • S-a demonstrat o procedură de inspecţie defectoscopica pe probe din material compozit pe bază de cauciuc natural, rumeguş. S-a pus în evidenţă gradul de aderenţă îmbunătăţită a matricii de cauciuc natural la particulele de rumeguş şi distribuţia volumetrică a concentraţiei acestora. Evaluarea dimensională a structurilor interne, a unor reţele polimerice pe bază de hidrogeluri, s-a realizat cu modulul de metrologie Volume Graphics.
  • Două tehnici de analiză prin XRF au permis analiza 2D a compoziţiei şi determinarea conformităţii de grosimi respectiv uniformităţii straturilor de aliaje W, Ni, Fe depuse pe substrat de carbon, straturi ce reprezintă interes pentru tehnologia de fuziune nucleară.
  • De asemenea s-a realizat certificarea CertRom SM Calitate-ISO 9001 şi Mediu IDO 14001 a laboratorului de microtomografie din INFLPR.

S-a atins obiectivul principal al fazei prin demonstrarea aplicabilităţii tehnicilor de control nedistructiv existente în INFLPR, ca metode de monitorizare si de asigurare a calităţii serviciilor de procesare cu laser, plasmă sau radiaţii.

Faza nr. 9
Responsabil: Dr. M. ZAMFIRESCU
Termen de predare: 15.11.2016
Titlu: "Elemente optice difractive ca elemente de siguranta obtinute prin ablatie cu pulsuri laser in picosecunde"
Abstract: Elementele optice difractive (DOE = (eng.) “Diffractive Optical Element”) reprezinta o clasă de dispozitive optice pasive utilizate pentru a obţine distribuţii arbitrare de intensitate. O categorie specială de DOE este reprezentată de acele elemente ce modulează lumina incidentă sub forma calculată într-o hologramă generată pe calculator. Aceste dispozitive îşi găsesc aplicaţii în marcare de securitate, manipulare optică, comunicaţii şi alte domenii conexe.
În perioada desfăşurării fazei au fost realizate următoarele:

  • A fost realizată o instalaţie integrată şi parţial automatizată, pentru fabricare de DOE bazată pe scriere directă cu laserul (2D). Principalele elemente ale instalaţiei sunt reprezentate de un sistem laser industrial pentru microprocesări, cu pulsuri laser de picosecunde, 3 lungimi de undă disponibile (1064nm, 532nm, 355nm) şi o translaţie de mare precizie pe două axe (Aerotech). Instalaţia poate fi utilizată pentru orice microprocesări bidimensionale, în parametri disponibili.
  • A fost dezvoltat un software cu licenţă “CC Attribution 4.0” pentru proiectarea de holograme pentru imagini arbitrare, folosind două metode numerice bazate pe modelul scalar al difracţiei, şi proiectare de holograme pentru fascicule Airy bidimensionale. Aplicaţia permite transformarea hologramelor calculate în holograme binare tip “Detour-Phase”.
  • Au fost fabricate holograme proiectate folosind toate metodele enumerate mai sus, pe film subţire de Cr depus pe substrat de sticlă.

Rezultatele obţinute în această fază prezintă potenţial de dezvoltare atât a fabricării de DOE, cât şi pentru metode complexe de microprocesare 2D prin scriere directă cu laserul. Sistemul poate fi extins pentru procesări 3D, atât pentru scriere directă, cât şi pentru alte tipuri de procesări (tăieri, perforaţii, suduri). Rezultatele obţinute urmează a fi publicate într-o revistă ISI.



Faza nr. 10
Responsabil: Dr. A. SCARISOREANU
Termen de predare: 15.11.2016
Titlu: "Sinteza si caracterizarea fizico-chimica a mixturilor; hidrogel superabsorbant cu grafena, obtinute in faza solida, prin iradiere cu radiatii ionizante"
Abstract: In prezenta faza de proiect s-au obtinut hidrogeluri superabsorbante din polimeri biodegradabili (guma xantan si carboximetilceluloza) functionalizate cu oxid de grafena prin procesare cu radiatii ionizante in absenta oxigenului. S-au preparat cinci compozitii diferite de amestecuri polimerice, in care s-au variat concentratiile polimerilor si raportul masic al acestora, cat si concentratia de agent de reticulare. Pentru investigarea efectului radiatiei ionizante asupra compozitiilor polimerice studiate s-au variat dozele de iradiere, respectiv debitele de doza.
Rezultatele obtinute au pus in evidenta faptul ca obtinerea de hidrogeluri superabsorbante din polimeri biodegradabili si oxid de grafena cu radiatii ionizante este viabila. In functie de concentratia, raportul masic al polimerilor, doza si debitul de doza utilizat, s-au obtinut hidrogeluri superabsorbante cu grade de gonflare diferite (GG%). Cea mai buna comportare in acest sens, au prezentat-o hidrogelurile XGCMCGO cu compozitia masica XG:CMC (70:30), pentru care s-a obtinut un grad maxim de gonflare GG=14000 % la doza de iradiere de 15.2 kGy si debitul de doza de 15 Gy/s. De asemenea, tot pentru acesta compozitie de hidrogel este evidenta cresterea rezistivitatii de suprafata (RS) proportionala cu cresterea valorii dozei de iradiere, fapt ce ar putea indica reducerea partiala a oxidului de grafena la suprafata probelor, indusa de expunerea la radiatiile ionizante. Curbele curent-tensiune I(V) indica faptul ca materialele masurate au comportament electric Ohmic peste care se suprapune fenomenul cunoscut sub numele de “Voltage Coefficient of Resistance” si anume rezistenta electrica isi modifica valoarea in functie de tensiunea aplicata.
Rezultatele obtinute in acesta faza prezinta un real potential pentru realizarea de hidrogeluri superabsorbante cu proprietati conductive prin sinteza cu radiatii ionizante. Rezultatele obtinute in aceasta faza de proiect au fost diseminate prin participarea la doua conferinte, urmand ca aceste rezultate sa fie publicare in reviste cu factor de impact ISI.

Faza nr. 11
Responsabil: Dr. A. ROTARU
Termen de predare: 15.11.2016
Titlu: "Stabilitatea termică a complecşilor de coordinaţie heterobimetalici de Zn(II)/Ni(II) şi Ln (III) cu derivaţi ai ovanilinei şi 2.2- dimetil- propilendiaminei"
Abstract: Scopul principal al acestei faze a constat în determinarea stabilităţii termică şi a proprietăţilor termofizice ale complecşilor de coordinaţie heterobimetalici de Zn(II)/Ni(II) şi Ln (III) cu derivati ai o-vanilinei şi derivaţi ai propilendiaminei, care sunt materiale luminiscente complex-anorganice, unii dintre aceştia fiind materiale ce se comportă ca micro-antene în raport cu acumulările de energie ce corespund mai multor lungimi de undă de excitare. În cadrul acestei faze s-a determinat ţinta propusă, si anume: stabilitatea termică a compuşilor din clasa complecşilor de coordinaţie heterobimetalici de mai sus (liganzi: L1=Valpn şi L2=Valdmpn), în condiţii inerte de Ar şi respectiv de aer sintetic, precum şi validarea pentru alegerea celor care urmează a fi folosiţi ca materiale fotoluminiscente, atât în formă solidă de pulbere, cât şi ca film subtire. Au fost determinate domeniile de temperatură referitoare la stabilitatea termică; astfel a fost conferită posibilitatea si siguranţa folosirii unor temperaturi clare în timpul procesării cu laserul a filmelor subţiri propuse. De asemenea, în sfera de coordinare a Zn(II)/Ni(II) se găseşte un fragment de H2O, iar în sfera de coordinare a Ln(III) sunt 3 anioni (NO3)- care totodată compensează şi sarcinile pozitive ale cationilor lantanidelor, iar tot acest complex este uneori cristalizat cu molecule de H2O; în acelaşi timp cu verificare stabilităţii şi a comportamentului termic, prin analiză termică se poate deremina sau confirma numărul şi tipul de fragmente de coordinaţie sau cristalizare prezente în fiecare moleculă investigată. În general, compuşii sunt la fel de stabili în argon şi în aer, singura diferenţă apărând în momentul pirolizei vs. arderii ligandului organic. A fost evidenţiată o stabilitate termică puţin mai mare a compuşilor cu ligandul L1 faţă de cei cu ligandul L2, dar cu siguranţă prin suprapunerea curbelor termoanalitice există indicii că reacţiile de descompunere a analogilor cu L1 sunt favorizate cinetic. Nu se poate vorbi de o stabilitate termică diferită de la un compus la altul, maximul vitezei procesului de eliminare a NO2 fiind în toate cele 3 cazuri la 300 °C. În cazul compuşilor cu Ni(II), curbele termoanalitice sunt similare, dar stabilitatea termică este de obicei mai mică decăt la analogii ce conţin Zn(II) şi respectiv liganzii corespunzători.

Faza nr. 12
Responsabil: Dr. S. AMARANDEI
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Investigarea propagării unor fascicule structurate prin medii cu structura microscopica formate din particule"
Abstract: Fascicule luminoase structurate au fost generate experimental cu ajutorul unui modulator spaţial al fazei optice, iar caracteristicile acestora au fost determinate experimental. Efectul propagării fasciculelor structurate prin soluţii apoase de microsfere din polistiren a fost măsurat pentru concentraţii volumice de la 0 la 2.5%. Măsurările au arătat că elemente ale profilului fasciculelor structurate se păstrează în ciuda împrăştierii în soluţia apoasă de microsfere din polistiren.

Faza nr. 13
Responsabil: Dr. N. PAVEL
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Structuri avansate de laseri cu corp solid pompati cu diode laser penrtu aprindere de combustibil in motoarele cu ardere interna"
Abstract: Procesul de aprindere a amestecurilor combustibile cu un sistem laser este o tehnica alternativa la aprinderea obtinuta cu o bujie clasica, prezentand interes in mod deosebit pentru motoarele cu aprindere interna. Printre avantajele acestei metode mentionam: (i) absenta efectului de “quenching” pentru frontul de flacara datorita absentei electrodului, fapt care duce la scurtarea duratei de ardere; (ii) posibilitatea de aprindere intr-o pozitie optima in camera de combustie; (iii) scaderea consumului de combustibil si a emisiilor de gaze de esapament in conditii normale de operare, sau (iv) posibilitatea de a aprinde amestecuri sarace de aer-combustibil pentru a reduce influenta emisiilor motorului asupra mediului inconjurator.
In acesta faza de contract sunt prezentate rezultate privind doua configuratii de laseri cu corp solid pompati cu diode laser, cu posibile aplicatii in aprinderea amestecurilor combustibile.
Prima configuratie laser a constat dintr-un mediu compozit Nd:YAG/Cr4+:YAG care a fost pompat longitudinal cu diode laser, astfel incat sa emita patru fascicule laser. Fiecare fascicul a avut energia si durata pulsului astfel incat prin focalizare a indus fenomenul de 'spargere a aerului'. Au fost propuse si investigate mai multe configuratii de focalizare, cu scopul de a controla volumul in care se poate realiza aprinderea cu laser.
A doua configuratie a fost un laser Nd:YAG/YAG compozit, in geometrie de tip 'lentila activa'. Mediul compozit Nd:YAG/YAG a fost de tip disc subtire si a constat dintr-o zona (inima) de mediu activ Nd:YAG inconjurata de o zona YAG; o suprafata a mediului este plana iar cealalta suprafata este de forma concava. Pompajul s-a facut lateral, din trei directii, cu diode laser cuplate la fibre optice.
Diseminare:
Articole publicate in reviste indexate ISI - Web of Science;
1. T. Dascalu, G. Croitoru, O. Grigore, N. Pavel, “High-peak power passively Q-switched Nd:YAG/Cr4+:YAG composite laser with multiple-beam output,” Photonics Research 4(6), 267-271 (2016).
2. O. V. Grigore, G. Croitoru, T. Dascalu, N. Pavel, “Diode-laser edge-pumped Nd:YAG/YAG lens-shaped composite laser,” Opt. & Laser Techn. 94, 86-89 (2017).
Prezentari la conferinte:
1. T. Dascalu, G. Croitoru, O. V. Grigore, and N. Pavel, “Multiple-Beam Output High-Peak Power Nd:YAG/Cr4+:YAG Laser for Laser Ignition,” International Conference on Space Optics, ICSO 2016, 18-21 Oct. 2016, Biarritz, France (presentation 254, poster presentation).
2. O. V. Grigore, G. Croitoru, T. Dascalu, M. Dinca, N. Pavel, “Edge-pumped Nd:YAG/YAG lens-shaped composite laser,” 7th EPS-QEOD EUROPHOTON CONFERENCE, Solid State, Fibre, and Waveguide Coherent Light Sources, 21-26 August, 2016, Vienna, Austria, presentation PO-2.1 (poster presentation).
O propunere de proiect:
- Program: P4 Cercetare Fundamentala si de Frontiera, Proiecte de Cercetare Exploratorie; 30 iunie 2016; Director de proiect: PAVEL Nicolaie

Faza nr. 14
Responsabil: Dr. T. CRACIUNESCU
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Evaluarea eficientei controlului instabilitatilor prin analiza corelatiei si sincronizarii intre serii temporale caracteristice plasmei de fuziune"
Abstract: Instabilitatile de tip ELM (edge-localized method) afecteaza in mod constant plasma de fuziune in modul H determinand o deteriorare a barierei de transport. ELM-urile sunt considerate a fi o sursa majora de risc pentru primul perete al tokamak-ului asupra caruia induc o incarcare termica semnificativa insotita de eroziunea materialelor din zona divertorului. Au fost dezvoltate in timp diferite metode de control al acestor instabilitati, majoritatea bazandu-se pe utilizarea unor agenti pertubatori externi. Una din principalele probleme in analiza eficientei sincronizarii dintre actiunea factorului de control si perturbatia ELM este data de faptul ca ELM-urile sunt fenomene cuasi-periodice si deci, dupa actiunea unei pertubatii pulsate, dupa un timp suficient de lung, un alt ELM va aparea oricum. Pentru determinarea eficacitatii factorului de control este necesara determinarea intervalului de timp in care acest factor are o influenta cauzala asupra instabilitatilor. Cum succesiunea de evenimente ELM si cea a factorului de control pot fi privite ca doua serii temporale, a fost dezvoltata o metoda care exploateaza proprietatile diagramelor de recurenta conjugate si bazate pe analiza recurentei sistemelor dinamice. Rezultatele obtinute pe date experimentale arata ca metoda ofera rezultate superioare celor furnizate de metodele euristice din literatura. Rezolutia temporala a metodei permite utilizarea ei in diferite faze ale descarcarii. Metoda poate fi utilizata pentru determinarea eficientei de actiune a factorului de control in conditii experimentale reale.

Faza nr. 15
Responsabil: Dr. G. SOCOL
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Dezvoltarea unui montaj experimental si de protocoale pentru detectia urmelor de gaze"
Abstract: In cadrul acestei faze am proiectat si construit o instalație de testare a senzorilor de gaze care funcționează pe principiul variației rezistivității electrice a mediului de detecție. Este important de menționat ca sistemul poate fi adaptat si pentru testarea senzorilor de gaze ce funcționează pe alte principii de detecție daca sistemul de măsurare este înlocuit (ex. de tip SAW). Sistemul permite testarea unor medii sensibile la gaze de tipul filmelor subțiri dar si al materialelor sub forma de pulberi presate, cristale, membrane, etc. Astfel, sistemul proiectat poate furniza o gama larga de amestecuri de gaze sub forma de gaze pure sau premixate. Pentru experimente, s-au achiziționat mai multe tipuri de gaze pure sau premixate precum N2 si aer sintetic de mare puritate (6.0) pentru diluții si gaze ce urmează a fi diluate ca NO2, NH3, CO, CO2, etilena, CH4. Am definit un protocol complet de testare a gazelor prin care se pot pune in evidenta performantele oricărui senzor care funcționează pe acest principiu de detecție. Sistemul este controlat cu ajutorul unui software ce efectuează toate calculele necesare pentru a genera amestecul de gaze ales.

Faza nr. 16
Responsabil: Dr. D. MIU
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Producerea prin ablatie laser in lichid si caracterizarea nanoparticulelor de SnO2 pentru senzori si celule fotosolare"
Abstract: Pentru producerea nanoparticulelor de SnO2, tinta a fost ablata in mediu lichid cu pulsuri laser cu durata de 8 ps, cu lungimile de unda de 1064, respectiv 355 nm. Fasciculul laser a fost focalizat și deplasat pe suprafața tintei cu ajutorul unui scaner galvanometric, cu o viteza constanta de 2000 mm/s. În toate experimentele, suprafața ablata a tintei a fost situata la 3 mm sub nivelul lichidului. Nanoparticulele produse au fost analizate prin spectroscopie FTIR, difractometrie XRD, si microscopie TEM.
Mostrele pentru FTIR si XRD au fost preparate prin decantarea coloidului, urmata de precipitare prin centrifugare cu 15000 rpm timp de 2 minute. Spectroscopia FTIR si difractometria cu raze X au confirmat prezenta SnO2 cristalin, faza dominanta fiind SnO2 – cassiterite. Dimensiunea medie a cristalitelor estimata cu ajutorul formulei Scherrer se situeaza intre 45 si 52 nm.
Pentru microscopia TEM s-au folosit coloid nedecantat, fara nici o preparare speciala. Imaginile TEM arata ca majoritatea nanoparticulelor au dimensiuni sub 10 nm. Dimensiunea medie a particulelor a fost evaluata prin analiza fractala a imaginilor de microscopie electronica TEM, dimensiunea medie maxima fiind de 17 nm, iar cea minima de 7 nm.

Faza nr. 17
Responsabil: Dr. F. SPINEANU
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Analiza eficientei metodelor de studiu al transportului razelor cosmice in campuri magnetice stohastice si determinarea regimurilor de transport"
Abstract: Scopul acestor cercetari din cadrul tematicii OG3 este determinarea regimurile de transport al razelor cosmice in conditiile specifice vantului solar si ale coroanei solare. Rezultate sunt esentiale pentru evaluarea fluxului de particule rapide in atmosfera. Etapa actuala are ca obiective analiza metodelor teoretice, extinderea lor incat sa permita abordarea proceselor neliniare complexe ce fac obiectul urmatoarelor etape si de dezvoltarea codurilor numerice necesare. Am comparat rezultatele metodei traiectoriilor de decorelare (MTD), ale aproximatiei Corrsin (C) si ale unei metode Corrsin-inbunatatite (C-i) dezvoltata in acest proiect. Au fost analizate proceselor neliniare in cadrul miscarii de drift (energii relativ mici) si in conditiile aproximatiei giro-cinetice in cadrul unor modele de transport stohastic bidimensionale (2d) si tridimensionale (3d). Au fost elaborate cinci coduri pentru determinarea coeficientilor de difuzie. Principalele concluzii sunt:

  • In cazul campurilor de viteze 2d si 3d cu componente statistic independente, cele trei motode (C, C-i si MTD) dau rezultate similare. Procesul de transport este Gaussian iar efectele neliniare sunt slabe.
  • In cazul campurilor de viteze 2d cu divergenta nula (incompresibile) este posibil sa apara diferente mari intre rezultatele celor trai metode. Acestea corespund conditiilor in care traiectoriile sunt tranzitoriu capturate. Procesul de transport este ne-Gaussian si coeficientii de transport sunt anomali (au dependente de parametrii vitezei stohastice complet diferite de cele din transportul Gaussian). MTD conduce la rezultate compatibile cu cele ale simularilor numerice, in timp ce C si C-i nu sunt adecvate studiului proceselor puternic neliniare.

Rezultatele sunt incluse in doua articole ISI din zona rosie a clasificarii ANCSI (unul este in curs de evaluare si altul acceptat).

Faza nr. 18
Responsabil: Dr. B. MITU/ Dr. V. SATULU
Termen de predare: 9.12.2016
Titlu: "Sinteza in plasma a structurilor planare cu alternanta de proprietati; evaluarea morfologiei si structurii chimice"
Abstract: In cadrul fazei nr. 18 a proiectului au fost sintetizate straturi bicomponente de tip Si/a-C:H/PTFE si Si/PTFE/a-C:H prin alternanta de procese tip pulverizare magnetron si depunere chimica din faza de vapori asistata de plasma (PVD/PECVD), in scopul identificarii influentei ordinii de depunere a straturilor asupra proprietatilor structurilor bicomponente. Au fost investigate proprietatile morfologice si compozitionale ale structurilor bicomponente in functie de puterea RF aplicata pe cele doua surse de plasma, in conditiile alegerii unor timpi de depunere care sa conduca la grosimi identice ale celor doua straturi, precum si de secventele temporale asociate sintezei fiecarui strat in vederea obtinerii de grosimi variabile ale structurilor. Au fost deasemenea sintetizate structuri multicomponente cu grosimi extrem de reduse (10 nm/strat) si am demonstrat decelarea straturilor componente in cazul introducerii de filme intermediare de Au. Acest fapt evidentiaza gradul ridicat de uniformitate si reproductibilitate ale sistemului hibrid de depunere PVD/PECVD.