Etapa 1 - P2 2017

Shema de realizare a proiectului


Faza nr. 16

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

Termen de predare: 15.02.2017

Titlu: "Proiectarea, modelarea, obtinerea, caracterizarea de straturi subtiri nanostructurate din materiale vitroase si vitroceramice boro-fosfatice dopate prin PLD"

Rezumat: In aceasta etapa s-au realizat:

  • Un studiu de cercetare-proiectare sticle boro-fosfatice dopate pentru tinte PLD;
  • 2 Modele de compozitii oxidice sticle boro-fosfatice dopate pentru depuneri PLD;
  • 2 Tehnici de realizare si 2 tipuri de materiale boro-fosfatice pentru tinte PLD, unul vitros, BP2, doilea de tip vitroceram, BP1;
  • Au fost obtinute doua tinte boro –fosfatice dopate, pentru depuneri PLD, din materialele BP1 si BP2;
  • Au fost realizate peste 20 de mostre de straturi subtiri obtinute prin PLD pe diferite substraturi, in diferite conditii de lucru.

Procesele de ablatie si depunerea PLD au fost efectuate într-o cameră de vid din oţel inoxidabil. Drept sursă pentru procesul de ablatie 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 in camera de vidare din inox, printr-o fereastră de cuarţ şi este focalizat, printr-o lentilă convergenta, pe tinta rotativa, sub un unghi de incidenţă de 60°, rezultand un profil rectangular la impactul cu ţinta. Substratul este pozitionat paralel cu ţinta la o distanţă de 60 -100 mm. Camera de depunere a fost vidata 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 si la o fluenta de 2-3 J/cm2
Depunerile au fost efectuate pe substraturi de sticla boro silicatica si cuart, 6 probe: 4 BP1, 2 BP2 la 600 °C temperatura substrat. Pe un alt substrat de cuart, mai gros, au fost efectuate alte doua depuneri BP2, la 400 °C temperatura substrat. Cele mai bune rezultate, din punct de vedere al rugozitatii depunerii, au fost obtinute pentru temperatura de 400 °C substrat si vacuum de 3x10-6 bar.
Investigatia AFM a substratului din sticla de cuart a pus in evidenta o suprafata cu o rugozitate foarte buna, de sub 1 nm.
Investigațiile AFM au arătat ca 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 dubla față de cel depus la 600 °C.
Rugozitatea este afectată si de numărul de impulsuri. Rugozitatea crește de la 60 nm până la 150 nm, la 400 °C temperatura substrat, respectiv de la 20 nm la 50 nm, la 600 °C, temperatura substrat, atunci când numărul de pulsuri crește de la 12500 la 25000.
Diseminare: Rezultatele cercetarilor vor fi comunicate la 3 Conferinte Internationale in 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 numar 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: "Obtinerea si caracterizarea emisiei de tip lasing de catre micropicaturi dopate cu nanoparticule"

Rezumat: În această etapa 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 semiînălțime 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. Măsurătorile 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 arata 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. PETRIS

Termen de predare: 14.04.2017

Titlu: "Studiul neliniaritatii optice de ordinul trei a unor straturi subtiri pentru aplicatii in fotonica"

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 ale 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 alcatuite din oxizi ale metalelor de tranzitie si nanoparticule de carbon"

Rezumat: În cadrul acestei faze raportam depunerea de straturi compozite formate din nanoparticule de dioxid de titan (TiO2) si 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 si acetonă. Straturile intermediare de polistirena (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 in prezența TiO2 NPs. Activitatea fotodegradarii 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 subtiri de materiale pe baza de carbon obtinute prin tehnici de depunere cu laser pulsat pentru aplicatii in stocarea de energie sau eliberarea controlata de substante active biomedical"

Rezumat: In aceasta etapa raportam obtinerea de filme subtiri de carbon poros pe substaturi solide. Astfel, am sintetizat microstructuri sub forma de filme subtiri de carbon prin Evaporare cu Laser Pulsat (Matrix Assisted Pulsed Laser Evaporation – MAPLE) urmata de un tratament termic. Procesul a constat in iradierea cu un fascicul laser pulsat a unei tinte criogenice compusa din precursori organici biodegradabili precum fluoroglucinol si acid glioxilic dizolvati in diferite amestecuri de solventi. Experimentele de iradiere au fost desfasurate in vid cu ajutorul unei surse laser cu excimer KrF* (λ= 248 nm, τ= 25 ns). Prin ajustarea energiei laser si modificarea solventilor din tinta, am reusit sinteza unor filme subtiri polimerice de cateva sute de nanometri cu diferite grade de reticulare (cross-linking), la temperatura camerei. Mentionam ca in cazul acestor depuneri nu a fost nevoie de uscare ulterioara sau termopolimerizare. Dupa tratamentul termic al acoperirilor, s-au obtinut filme de carbon poros, de diferite morfologii, cu particularitati la scala nanometrica, 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 multifunctionali/hibrizi, de tip ghiduri de unda, cu functionare in regim de Q-switch (comutare pasiva). Scrierea ghidurilor s-a facut cu un sistem laser Clark CPA-2101 (emisie la 775 nm, durata de 200 fs, frecventa de 2.0 kHz) in diferite medii compozite Nd:YAG/Cr4+:YAG de tip cristalin. Au fost determinate conditiile de focalizare ale fasciculului laser (fs) astfel incat sa se obtina ghiduri de unda tubulare de diferite dimensiuni. Emisia laser s-a obtinut folosind pompajul cu dioda laser cuplata la fibra optica. De la un ghid de unda cu diametrul de 150 μm (care a fost realizat intr-un mediu compozit Nd:YAG/Cr4+:YAG alcatuit dintr-un cristal de 1.0-at.% Nd:YAG de 7 mm lungime si un Cr4+:YAG cu transmisia initiala T0= 0.70) au fost obtinute pulsuri laser la 1.06 μm cu energia Ep= 15.7 μJ si durata tp= 3.9 ns la rata de repetitie fp= 71.9 kHz. Puterea de iesire 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).