Shema de realizare a proiectului 19 15 01 01 - Anul 2022 - Etapa a II-a

Faza nr. 110

Responsabil: Dr. S. Amarande

Termen de predare: 14.09.2022

Titlu: "Determinarea distorsiunilor spaţio-temporale ale fasciculelor cu bandă largă a frecvenţei. Măsurare şi reprezentare"

Abstract: Am implementat un montaj experimental și o metodă pentru măsurarea cuplajului amplitudinii din domeniul spaţio-spectral, chirp-ul spaţial, folosind un spectrometru cu obţinerea imaginii. Montajul și metoda au fost folsite pentru diagnosticarea fascicului laser din primul amplificator cu derivă a frecvenţei al unui laser cu puterea de vârf de 1 PW. Pentru caracterizarea cantitativă a chirp-ului spaţial am utilizat un parametru normalizat definit prin momentul de ordinul 1 mixat al intensităţii spaţio-spectrale.

Abstract grafic:

Intensitatea spaţio-spectrală măsurată după semi-compresor: (a) Fanta SOI perpendiculară pe planul dispersiei reţelelor, (b) Fanta SOI paralelă cu planul dispersiei reţelelor.

a)

b)

Faza nr. 111

Responsabil: Dr. M. Demeter

Termen de predare: 14.11.2022

Titlu: "Formularea și evaluarea hidrogelurilor de tip microemulsie pentru eliberarea controlată de principii active cu proprietăți hidrofobe"

Abstract: În acest proiect se raportează obținerea și caracterizarea unor hidrogeluri tip microemulsie, realizate din amestecuri polimerice complexe formate din: carboximetilceluloză, poli(vinilpirolidonă), poli(etilenoxid) adiționate cu ulei volatil de lavandă, prin iradiere cu electroni accelerați.
Pentru optimizarea emulsiilor, s-au preparat pentru început trei amestecuri constituite din surfactant (Tween 80) și co-surfactant (alcool izopropilic) cu rapoarte diferite care au constituit baza microemulsiei (Smix 3, Smix 4 și Smix 5). Uleiul de lavandă a fost dispersat în amestecul Smix în diverse rapoarte masice.
Hidrogelurile microemusie au fost caracterizate din punct de vedere fizico-chimic prin: fracție de gel, capacitate de gonflare, stabilitate și biodegradare (pH fiziologic), transparență optică, analiză vîscozimetrică și spectrocolorimetrică, iar din punct de vedere structural, prin analiză FTIR. Hidrogelurile de tip microemulsie realizate conform rețetelor 4 și 5, nu sunt adezive, își păstrează forma la manipulare, au caracter elastic și au prezentat o fracție de gel de peste 55%. Hidrogelurile au prezentat grade de gonflare diferite, cuprinse între 7700 - 18000 %, ceea ce demonstrează că sunt materiale superabsorbante. Emulsiile au prezentat stabilitate prelungită în condiții de pH diferit, fără să se dizolve și își mențin structura, ceea ce demonstrează că prin compoziția aleasă și condițiile de iradiere, emulsiile sunt stabile datorită formării de legături covalente între grupările funcționale specifice compușilor utilizați. Hidrogelurile cu grad ridicat de gonflare și procent moderat de biodegradare, au fost selectate pentru studiile următoare deoarece aceste compoziții indică faptul că sunt formate dintr-o matrice polimerică cu stabilitate structurală crescută. Emulsiile realizate conform rețetei 4 au prezentat o vîscozitate apropiată cu cea a amestecului polimeric inițial, situându-se în același interval valoric, iar emulsiile din setul 5 au prezentat o variație omogenă a viscozității. Creșterea proporției de surfactant în compoziția emulsiilor, a crescut puterea de absorbție a hidrogelurilor, dar pentru unele compoziții, a condus la separare de faze a emulsiei.
Microemulsiile realizate conform rețetelor din setul 4 și 5, au prezentat o transparență optică ridicată, având valori de peste 97%, de asemenea analiza spectrocolorimetrică a confirmat că microemulsiile și-au menținut luminozitatea, în raport cu amestecul polimeric inițial (L*∼99%). Majoritatea probelor au prezentat doar modificări ușor perceptibile ochiului uman cu valori ale ΔEab = 2 – 3. Emulsiile preparate cu o concentrație mai crescută de ulei de lavandă au arătat o modificare globală vizibilă a culorii cu o valoare ΔEab ≈ 4,8. Hidrogelurile tip micoemulsie, sunt elastice, au rețea permanentă și capacitate crescută de absorbție a lichidelor, specifică hidrogelurilor reticulate.

Abstract grafic:

Faza nr. 112

Responsabil: Dr. A. Bratu

Termen de predare: 9.12.2022

Titlu: "Detectia urmelor de agenți chimici explozivi"

Abstract: Identificarea substanțelor chimice periculoase reprezintă un mijloc important de prevenire a accidentelor de explozie și avertizare timpurie a pericolelor secundare. Necesitatea detectării și identificării materialelor periculoase a condus la dezvoltarea multor sisteme de detectare a urmelor de agenți chimici explozivi pe bază de sisteme cu laser. Cele mai importante caracteristici de performanță ale sistemelor de detecție a urmelor agenților chimici explozivi includ sensibilitatea ridicată, selectivitatea, reversibilitatea și funcționarea în timp real. Spectrosopia fotoacustică cu laser cu CO2 și spectroscopia în domeniul de timp cu radiație THz demonstrează caracterul vibraţional şi rotaţional al moleculelor. Datorita acestor proprietăţi structura moleculară a substantelor poate fi determinată din radiaţia absorbită sau transmisă. Având un astfel de spectru (absobţie și/sau emisie) putem identifica substanţe complexe. Cu cât vom avea o bază de date mai mare cu spectre în domeniul IR și THz, cu atât mai multe substanţe complexe vor putea fi identificate.
Spectroscopia fotoacustică cu laser cu CO2 a fost folosită pentru detectarea unor agenți chimici explozivi precum benzen, toluen, acetonă și etilenglicol. Semnalele fotoacustice ale probelor au fost înregistrate în domeniul 9.2 -10.8 µm. S-a observat o valoare maximă a semnalului de benzen pe linia 9P(30) a laserului cu cu CO2. Toluenul a prezentat mai multe picuri de absorbție, în regiunea 9 µm cu 4 valori maxime ale semnalului pe liniile 9P(24), 9P(28), 9R(22), 9R(20). Acetona prezintă valori maxime în ramura 10P în special pe liniile 10P(28) și 10P(20). Etilenglicol prezintă o valoare maximă a semnalului pe linia 10R(8), dar și pe liniile 10R(6) și 10R(14).
Folosind spectroscopia în domeniul timp cu radiație THz s-au obținut spectrele de transmisie în domeniul 0.1-3 THz pentru compuși precum azotatul de amoniu, clorat de potasiu, dinitrobenzen, hexametilenteramină și s-a observat ca au spectre caracteristice de amprentă THz.
Cele două tehnici au pus în evidență diferite modele spectrale caracteristice pentru fiecare substanță și se pot observa comportamente spectrale diferite. Folosirea acestor două tehnici pentru identificarea cât mai multor substanţe periculoase, reprezentă o noutate în domeniul securitații, pe plan naţional şi internaţional, fiind capabile să identifice în timp real, substanţele periculoase pentru securitatea persoanelor, apărare, antiterorism şi al contrabandei prin recunoaşterea semnăturii spectrale a materialului periculos.

Abstract grafic:

Faza nr. 113

Responsabil: Dr. S. Vizireanu

Termen de predare: 9.12.2022

Titlu: "Testarea unor aplicatii ale materialelor pe baza de grafena tratate in plasma"

Abstract: Proprietatile fizico-chimice unice ale nanostructurilor pe baza de grafena au condus la utilizarea acestor materiale in numeroase aplicatii. Studiile recente au aratat ca modificarea nanostructurilor prin decorarea cu nanoparticule si/sau modificarea prin metode cu plasma si laseri au contribuit la obtinerea de arhitecturi, denumite nano-hibride. Proprietatile acestor materiale hibride imbunatatesc mult performantele in diferite aplicatii cum este cataliza, senzoristica, stocarea energiei etc, acestea fiind mult mai eficiente comparativ cu materialelor initiale. Tendința actuala în domeniul sintetizarii nanohibridelor consta combinarea/decorarea nanostructurilor de carbon (nanotuburi, grafene si mai nou grafene veticale) cu nanoparticule ce contin diferiti oxizi metalici: RuOx, MnOx, WOx, etc. Pe de alta parte, la manipularea, transferul si integrarea acestor nanostructuri in diferite circuite submicronice, pe suporti flexibili si sensibili la temperatura apar numeroase probleme tehnice rezolvate rapid prin folosirea unor metode de transfer cu laseri (laser induced forward transfer - LIFT).
In acest studiu, am efectuat experimente de sinteza si modificare cu plasma a materialelor pe baza de grafena de tip nanopereti carbonici (CarbonNanoWalls-CNW cunoscute si sub denumirea de grefene verticale), depunerea de grafene multistrat obtinute prin uscarea unor suspensii de grafene achizitionate din comert, dar si sinteza si decorarea cu nanoparticule de oxid de wolfram. Dupa caracterizarea morfologica si compozitionala ale acestor materiale simple sau tratate cu plasma au fost testate doua tipuri de aplicatii: detectia de gaze si stocarea de energie.
In ceea ce priveste detectia de gaze, au fost transferate straturi de CNW pe electrozi flexibili cu ajutorul metodei LIFT. Materialul sensibil transferat s-a dovedit util in detectarea la temperatura camerei a amoniacului in concentratii de 20 ppm.
In cazul stocarii de energie am folosit mai multe tipuri de grafene verticale multistrat, CNW simple, CNW modificate in plasma, dar si CNW decorate cu nanoparticule de wolfram. Decorarea cu particule de wolfram s-a facut intr-o prima etapa electrochimic, dar si prin sublimarea la 800 C a oxidului de wolfram urmat de condensare pe diferiti suporti in prezenta plasmei. Investigarile de material au aratat ca atat morfologia (particule ~10 nm si bine dispersate), cat si chimia suprafetei (prezenta oxidului dar si a nitrurii de wolfram in cazul condensarii) sunt diferite in functie de metoda aleasa. Testele electrochimice au arata ca este posibil sa obtinem electrozi pentru supercapacitori performanti din materialele hidride enumerate mai sus. Capacitantele specifice al probelor decorate cu nanoparticule din oxid de wolfram obtinut prin condensarea asistata de plasma sunt mult mai mari (sute de mF/cm2), decat in cazul decorarii electrochimice cu nanoparticule de wolfram (zeci de mF/cm2).

Abstract grafic:
Testarea unor aplicatii ale materialelor pe baza de grafena tratate in plasma.

Faza nr. 114

Responsabil: Dr. A. Palla Papavlu

Termen de predare: 9.12.2022

Titlu: "Dezvoltarea de matrici de senzori chemorezistivi cu materiale active pe baza de straturi nanometrice de metale de tranzitie dicalcogenide"

Abstract: Filmele subtiri atomice bidimensionale (2D) precum bisulfura de molibden (MoS2 ) prezinta un potențial important de a fi utilizate in senzori 2D de gaze. Cu toate acestea, provocările datorate metodelor si tehnicilor de sinteză au făcut această sarcină dificilă. În plus, mecanismele de detectare a moleculelor de gaz nu sunt pe deplin înțelese. In aceasta faza de realizare a proiectului, raportăm obtinerea de straturi nanometrice de metale de tranzitie dicalgogenide (MoS2), caracterizarea lor morfologica, structurala, electrica si compozitionala, precum si aplicarea lor in matrici de senzori chemorezistivi.
Straturi nanometrice de metale de tranzitie dicalgogenide (MoS2) au fost obtinute prin tehnica depunerii laser pulsate (PLD). Prin optimizări successive, i.e., optimizarea distantei tinta-substrat, optimizarea temperaturii substratului in timpul depunerii, precum si optimizarea fluentei laser, am reușit să obținem straturi nanometrice de metale de tranzitie dicalgogenide (MoS2), care au fost ulterior folosite în fabricarea de senzori. Abordarea aleasă a fost simplă și flexibilă datorită faptului că MoS2 a fost depus cu ușurință prin PLD, pe o varietate de substraturi (SiO2, safir, electrozi interdigitali) fără a fi nevoie de o funcționalizare prealabilă a suprafeței.
Straturile nanometrice de metale de tranzitie dicalgogenide (MoS2) depuse prin PLD au fost caracterizate și au fost obținute proprietățile lor optice, structurale și morfologice. De asemenea, au fost realizati senzori pe baza de straturi nanometrice de metale de tranzitie dicalgogenide (MoS2), cu raspuns stabil la expunerea la mai mult de 10 cicluri de amoniac. Senzorii astfel realizati au un răspuns ridicat la amoniac (Ra/Rg ~2,2) si timpi de răspuns/recuperare rapizi.
Primele rezultate obținute au fost trimise spre publicare (la jurnalul Materials), pregatim de asemenea un articol cu titlul “Layerd metal dichalcogenides thin films deposited by pulsed laser deposition for sensor development” (provizoriu), autori: A. Bercea, M. Pandele, S. Brajnicov, A. Palla-Papavlu. Rezultatele au fost diseminate catre comunitatea stiintifica la conferintele internationale EMRS Spring Meeting, International Conference on Laser, Plasma, and Radiation – Science and Technology Bucuresti, Nanotexnology 2022, Salonic, Grecia.
Obiectivele asumate au fost îndeplinite, iar investigațiile demarate continuă pentru evaluarea sensibilitatii si selectivitatii senzorilor pe baza de straturi atomice bidimensionale de MoS2 catre alti compusi volatili organici.

Abstract grafic:

Faza nr. 115

Responsabil: Dr. B. Sava

Termen de predare: 9.12.2022

Titlu: "Realizarea de materiale vitroase cu proprietati opto-magnetice si semiconductoare, in sisteme complexe, dopate cu TeO2 sau V2O5, cu rezistenta chimica mare, depuneri prin PLD, metoda sol-gel sau MS, pentru aplicatii in eco-nanotehnologii"

Abstract: Scopul acestor cercetari a fost de a proiecta, realiza si investiga obtinerea de straturi subtiri prin metoda sol-gel, depunere spin-coating, din sistemul ternar V2O5 - B2O3 - P2O5, pentru utilizare in sisteme fotonice, optoelectronice si pentru aplicatii magneto-optice. Au fost realizate soluri stabile si depuneri sol-gel spin-coating pentru trei compozitii selectate, pe substraturi lamele de microscop din sticla complexa silico-calco-sodica. Au fost depuse cate trei straturi, fiecare strat fiind depus timp de 60 s si uscat la temperatura de 90 oC timp de 60 s. Au fost efectuate tratamente termice ulterioare la 150 si 200 oC. A fost selectat sistemul cu 50 % molare oxid de vanadiu ca fiind cel mai stabil. Din imaginile SEM s-au observat urmatoarele: i) Calitatea depunerilor este buna, dar apar unele defecte de tip incluziuni; ii) Depunerea uscata la 90 oC are o structura omogena granulara, cu granule de cativa microni si defecte rare de tip goluri; iii) Depunerea tratata termic la 150 oC prezinta granule mai pronuntate, cu dimesiuni de 5-10 microni; iv) Depunerea tratata termic la 200 oC arata caracteristici ale unei depuneri continue, vitrifiata aproape complet, cu defecte relativ rare, de tip incluziuni gazoase. Din analiza DRX se observa profile fara maxime specific cristaline, deci se trage concluzia ca toate probele sunt amorfe. Tratamentul termic conduce la vitrifierea peliculei, fara a se observa cristalizari in masa vitroasa. Analiza XPS a probelor a condus la observatiile: i) au fost identificate elementele fosfor si vanadiu in toate probele, iar borul doar in proba uscata; ii) carbonul si azotul au fost identificati ca impuritati tehnologice; iii) procentele de oxigen si fosfor cresc cu cresterea temperaturii de tratament termic; iv) procentul de vanadiu este fluctuant, initial creste de la proba uscata la proba tratata la 150 oC, apoi scade la proba tratata la 200 oC; v) maximele specifice vanadiului se deplaseaza puternic de la proba uscata la proba tratata termic la 150 oC, catre energii mai inalte, apoi se stabilizeaza, dar totusi cresc usor la proba tratata termic la 200 oC, ceea ce se datoreaza integrarii vanadiului in reteaua vitroasa boro-fosfatica. Au fost publicate un numar de 3 articole in reviste bine cotate ISI (2 in zona rosie Q1, unul in zona galbena Q2) si au fost realizate 3 prezentari la conferinte internationale. Se propune continuarea cercetarilor pana la stadiul de TRL4 cu potentiale valorificari prin transfer tehnologic, la nivel de TRL5-TRL6.

Abstract grafic:

Faza nr. 116

Responsabil: Dr. B. Mitu

Termen de predare: 9.12.2022

Titlu: "Evaluarea interactiei cu materia vie a materialelor nanocompozite pe baza de matrici polimerice sintetizate prin tehnici combinate cu plasma"

Abstract: In cadrul studiilor realizate in aceasta etapa a proiectului au fost sintetizate cu ajutorul unor tehnici cu plasma filme subtiri de materiale nanocompozite pe baza de matrici polimerice de tip polietilenglicol (PEG) si poliisopropilacrilamida (PNIPAM), si respectiv nanoparticule de argint, si au fost investigate proprietatile fizico chimice si de interactie cu materia vie a acestora. Studiile de compozitie ilustreaza prezenta legaturilor tipice in functie de compozitia utilizata in sinteza, si inducerea unor legaturi caracteristice de tip carboxilic si respectyiv amino/amida la tratarea suprafetelor cu plasme generate in diferite gaze reactive. Rezultatele au demonstrat eficienta tratamentelor de suprafata pentru materialele polimerice pe baza de PNIPAM, care prezinta un raspuns cu temperatura asociat starii extinse si respectiv starii colapsate in functie de temperatura de lucru. In plus, suprafetele au grade diferite de nanostructurare in functie de materialele utilizate ca precursori si respectiv de abordarea cu plasma utilizata, respectiv tratare sau polimerizare la suprafata. Toate materialele obtinute au prezentat un grad ridicat de biocompatibilotate, ilustrat atat de testele cantitative cat si de studiile de aderenta celulara, ce au dovedit acoperirea uniforma a suprafetelor, cu celule intinse pe toata suprafata si caracteristici tipice de imprastiere si multiplicare. Studiile de aderare si detasare celulara a ilustrat capabilitatile induse de combinarea intre materiale polimerice cu punct critic si tratamentele cu plasma pentru cresterea eficientei proceselor dezirabile de manipulare celulara, care deschid perspective importante in zona bioingineriei suprafetelor asistata de procesarea cu plasma.
Rezultatele obtinute au fost publicate in reviste ISI din zona rosie (Q1) si au fost diseminate prin participare la mai multe conferinte internationale sub forma de prezentari poster, orale si lectii invitate.

Abstract grafic: