Shema de realizare a proiectului PN 18 13 01 02 - Etapa a III-a


Faza nr. 13

Responsabil: Dr. Sorin Vizireanu

Termen de predare: 10.12.2018

Titlu: "Identificarea unor configuratii si a conditiilor experimentale de modificare in plasma a materialelor pe baza de grafena"

Rezumat: Scopul experimentelor din aceasta etapa a fost realizarea si testarea mai multor configuratii experimentale care utilizează plasma pentru modificarea materialelor grafenice. Este bine cunoscut faptul ca cea mai raspandita metoda de sinteza la scala mare a grafenelor este metoda Hammer simpla sau modificata. Prin folosirea acestei metode sunt obtinute grafene oxidate (GO), ulterior fiind parcursi numerosi pasi intermediari de reducere partiala sau totala a oxidului (rGO).
Până ȋn prezent au fost raportate numeroase procedee de reducere a GO la grafene, si anume: a) reducere chimică cu diferiți agenți reducători (foarte toxici si explozivi), b) reducere termică (la temperaturi foarte mari de peste 1000 oC), c) reducerea electrochimică (foarte costisitoare), d) precum si reducerea in plasma (care nu este la indemana tuturor). In vederea evitarii unor substante chimice periculoase, precum si a folosirii unor instalații costisitoare si mari consumatoare de energie, ne-am propus identificarea unor configuratii cu plasma simple si eficiente de tratarea a GO in vederea reducerii.
Astfel, am folosit trei tipuri de instalatii de descarcare in gaze la presiune joasa si anume instalatii cu: electrozi plan paraleli (de 5 si respectiv 10 cm in diametru), cu tub de descărcare cu electrozi exteriori, realizat prin adaptarea unui cuptor de cuart care ajunge pana la 1100 oC, precum si un jet de plasma directionat către un cuptor încălzit la 700 oC.
Plasma a fost generata folosind un generator RF (13,56 MHz), in diferite amestecuri de gaze (Ar, Ar/H2, Ar/NH3, etc). In plus pentru obtinerea filmelor pe baza de grafena din suspensii si intindere uniforma a acesteia, in prealabil au fost hidrofilizate substraturile de siliciu si oxid de siliciu prin tratarea acestora cu sursa de plasma DBD planara sau printr-o descarcare in vid intre doi electrozi plan-paraleli. Au fost testate mai multe metode de depunere a GO din suspensii pe diferite substraturi, cel mai eficient mod fiind metoda drop-cast (din picaturi cu volum controlat).
In urma tratamentelor in plasma a GO depuse pe substraturi s-a observat prin investigatii XPS si EDS o modificare a compozitiei chimice a materialelor tratate, precum si a gruparilor chimice de la suprafața. In schimb morfologia foliilor grafenice a ramas neschimbata asa cum a reiesit din analizele SEM. Prin folosirea in descarcare a hidrogenului sau a amoniacului s-a reusit reducerea in mare proportie a oxigenului din GO. In urma tratamentului cu amoniac, pe langa reducerea oxidului am observat si introducerea azotului in stratul de grafena, fapt ce poate aduce multe îmbunătățiri ale caracteristicilor materialului tratat, cum ar fi creșterea conductivitatii electrice sau a capacitatii de stocare a energiei, comparativ cu GO inițial (care poate fi chiar izolator electric in functie de cantitatea de oxid). Folosirea unui tratament termic (de 400 oC) in paralel cu tratamentul cu plasma imbunatateste gradul de reducere, in schimb rezultate similare se pot obtine crescand timpul de tratament (de la 5 la 10 minute) si puterea (de la 20W-la 50W), in acest ultim caz existand pericolul degradarii structurii materialului grafenic.
Au fost elaborate protocoale de tratament al grafenelor pentru fiecare dintre configuratiile testate. Instalațiile testate (realizate pe parcursul acestei etape sau deja existente) au fost eficiente in obtinerea materialelor grafenice reduse.

Faza nr. 14

Responsabil: Dr. Mihaela Filipescu

Termen de predare: 10.12.2018

Titlu: "Cresterea (prin PLD si RF-PLD) si caracterizarea de filme subtiri de ceria cu diferite arhitecturi si morfologie controlata"

Rezumat: In prezent, oxidul de ceriu (CeO2) este intens studiat datorita multitudinii de aplicatii in microelectronica, in optoelectronica, sau in biologie. Numarul de aplicatii posibile ar fi chiar mai mare daca nanocristalele ar putea fi sintetizate in forme mai complexe decat cele obisnuite, cum ar fi sfere, tije, discuri, fibre.
In acesta etapa a fost identificata metoda potrivita de crestere de filme subtiri de oxid de ceriu cu morfologie controlata si diferite arhitecturi; atat depunerea laser pulsata, cat si depunerea laser pulsata asistata de o plasma de radio-frecventa s-au dovedit a fi utile in obtinerea de structuri 3D sau 2D de oxid de ceriu.
Structurile de oxidice (structuri tringhiulare 2D, structuri piramidale 3D, structuri conice cu varf rotunjit, structuri piramidale cu margini ascutite, structuri de tip „tepi”, structuri piramidale cu o fateta neteda, lamelara) au fost complet caracterizate din punct de vedere morfologic, structural si optic.

Faza nr. 15

Responsabil: Dr. Florian Dumitrache

Termen de predare: 10.12.2018

Titlu: "Sinteza de nanoparticule de carbon dopate cu N, B, S cu suprafata specifica ridicata si caracterizarea morfo-structurala a acestora functie de parametrii de sinteza"

Rezumat: Doparea cu heteroatomi, în special a materialelor carbonice, a atras atenția in ultimii ani, fiind considerata ca fiind una dintre cele mai eficiente strategii de îmbunătățire a comportamentului capacitantei materialelor carbonice poroase. In ceea ce priveste heteroatomii de azot sau sulf, diferenta de electronegativitate dintre atomii de N, S sau C conduce la o suprafata polarizata mai mare, asigurand in consecinta umectabilitatea suprafetei carbonului, ceea ce va asigura o rata de transfer mai rapida a ionilor electrolitici. Pe de altă parte, dopajul cu heteroatomi, cum ar fi azot, fosfor, sulf și bor, poate modifica mediul local de legatura și distribuția electronilor de pe suprafața carbonului, promovând astfel conductivitatea electronică și reactivitatea electrochimică. Obiectivul fazei a fost realizarea de studii parametrice privind sinteza de nanopulberi de carbon dopate cu N, B si S prin tehnica de piroliza cu laserul. Experimentele au fost realizate pe o instalatie de piroliza prevazuta cu un laser cu CO2 de 350W care functioneaza in regim de lucru cvasi continuu la lungimea de unda de 10.6 microni. Particulele de carbon dopate cu azot cu dimensiuni nanometrice au fost obtinute prin piroliza indusa cu laserul din 1,3 diaminopropan (DAP) sau 1,2 diaminoetan (EDA), atat ca donor de carbon cat si ca donor de azot, acetilena (donor de carbon), si amoniacul (cu dublu rol: senzitivant si donor de azot). Particulele de carbon dopate cu bor au avut ca sursa de dopant un amestec de B2H6 si H2. Particulele de carbon dopate cu sulf au avut ca sursa de dopant S2(CH3)2. Pulberile obtinute au fost investigate exhaustiv prin: XRD, SEM, TEM, Raman, XPS, EDX, etc. Nanoparticulele elementare au dimensiuni de citiva zeci de nm, o structura turbostratica si o suprafata specifica BET cuprinsa intre citiva zeci si pana la 200 de m2/g.