Shema de realizare a proiectului PN 18 13 01 02 - Etapa I
Faza nr. 1
Responsabil: Dr. C. Gheorghe
Termen de predare: 15.05.2018
Titlu: "Caracterizarea spectroscopică a ionului Pr3+ dopat în monocristale laser şi ceramici de tip CNGG şi CLNGG şi evaluarea schemelor de emisie în vizibil"
Rezumat: Investigaţii spectroscopice pe ioni Pr3+ dopaţi în Ca3(Nb,Ga)5O12 (CNGG) şi Ca3(Li,Nb,Ga)5O12 (CLNGG) monocristale şi ceramici au fost efectuate în scopul evaluării ca materiale laser pentru emisie în vizibil, pentru prima data. Monocristalele au fost crescute prin metoda Czochralski iar probele ceramice au fost obţinute prin metoda reacţiei în stare solidă. Toate probele au fost investigate din punct de vedere spectroscopic (static şi dinamic). Parametrii de intensitate Judd-Ofelt obţinuţi din tranziţiile f-f ale Pr3+ în monocristale de tip CNGG şi CLNGG au fost utilizaţi pentru a determina ratele totale ale tranziţiilor radiative Ar, rapoartele de ramificare ß şi timpii radiativi τr ai nivelelor fluorescente ale ionilor Pr3+. Pe baza spectrelor de absorbţie şi emisie la temperaturi joase a fost obţinută o schema parţială de nivele pentru Pr3+ în CNGG şi CLNGG. A fost determinată secţiunea eficace de emisie în cazul tranziţiei 3P0→3H4 cu emisie în albastru.
Faza nr. 2
Responsabil: Dr. B. Sava/ L. Boroica
Termen de predare: 15.05.2018
Titlu: "Realizare de studii privind proiectarea, modelarea, obţinerea şi caracterizarea de straturi subţiri nanostructurate din materiale vitroase în matrice boro-fosfatică, co-dopate cu Dy sau Tb depuse prin metoda PLD"
Rezumat: Pentru realizarea de ţinte pentru depuneri de filme prin metoda PLD materialele vitroase trebuie să îndeplinească următoarele caracteristici: omogenitate înaltă, în tot volumul sticlei; lipsa defectelor de tip incluziuni sau pietre; număr redus de incluziuni gazoase și dimensiuni foarte mici ale acestora; transmisie optică în vizibil (funcție de utilizare și în UV apropiat sau IR apropiat) ridicată, de peste 80% în tot domeniul.
Ţintele din sticlă bloc boro-fosfatică dopate cu oxizi de disprosiu şi terbiu, pentru depuneri prin metoda depunerii cu laser cu pulsaţii - Pulsed Laser Deposition - PLD au fost realizate prin metoda neconvenţională, umedă, de obţinere a amestecului de materii prime. Topirea a fost realizată într-un cuptor cu bare de superkantal, în creuzete de alumină, pană la temperatura previzionată de 1300 oC, cu palier de 4 h. Pentru omogenizarea topiturii s-a utilizat un agitator ceramic, iar viteza de rotire a acestuia a fost proiectată în domeniul de turaţii de 150-250 rot/min. Sticla topită s-a turnat în matriţe speciale de grafit, iar blocurile obţinute s-au recopt într-un cuptor cu bare de silită, la temperatură superioară cu 10oC temperaturii de tranziţie vitroasă, obţinută din măsurările dilatometrice, de 510oC.
S-a proiectat o compoziţie complexă, care cuprinde, în % molare:
B2O3=20, P2O5=50, Li2O=10, Al2O3=9, ZnO=5 și dopanţi Dy2O3=3, Tb2O3=3.
Au fost măsurate proprietățile termice, structurale și optice pentru sticla bloc, boro-fosfatică dopată, utilizată pentru ţintele pentru depuneri PLD.
Au fost depuse filme PLD, parametrii de depunere (variabili) fiind: Laser KrF, Lungimea de undă 248 nm; Fluenţa: 1,5 J/cm2; Frecvenţa 40 Hz; Presiunea incintei: 0,012-0,3 Pa; Numărul de pulsuri: 13000 şi 25000; Temperatura substratului: 50 – 600oC.
Au fost analizate proprietățile filmelor vitroase subțiri nano-structurate depuse prin metoda PLD, utilizând spectroscopia Raman și FTIR. Corelația structură – parametri de depunere a fost realizată utilizând DRX şi AFM.
Faza nr. 3
Responsabil: Dr. C. Tiseanu
Termen de predare: 15.05.2018
Titlu: "Sinteza şi caracterizarea nanoparticulelor cu luminescenţă persistentă"
Rezumat: Datorită proprietăţilor de stocare eficientă a energiei de excitare în capcane şi a timpului lung de emisie, nanoparticulele cu luminescenţă persistentă reprezintă probe ideale pentru bioimagistică. Acestea au caracteristica unică de a nu necesita activare in situ care conduce la fenomenul de autofluorescenţă responsabil de scăderea raportului semnal-zgomot şi a contrastului. Raportul de faţă descrie studiile noastre privind luminescenţa persistentă în infraroşu apropriat a nanoparticulelor dopate cu lantanide şi metale tranziţionale pentru aplicaţii biologice.
Am sintetizat nanoparticule (Zn3Ga2GeO8) dopate cu ioni de tranziţie (Cr)/lantanide (Er şi Yb) prin metoda sol-gel: Zn3Ga2GeO8: 1Cr; Zn3Ga2GeO8: 1Cr, 1Er; si Zn3Ga2GeO8: 1Cr, (1/0.5)Er, 5Yb cu dimensiuni mici ale cristalitelor (20 - 30 nm). Nanoparticulele au fost caracterizate din punct de vedere structural prin difracţie şi fluorescenţă de raze X. Nanoparticulele prezintă luminescenţă persistentă în regiunea spectrală 700 - 800 nm prin excitare cu raze X şi UV. Emisia poate fi observată până la 4 h pentru proba cea mai intensă (Zn3Ga2GeO8: 1Cr). Am analizat, de asemenea, emisia în conversie superioară a nanoparticulelor co-dopate cu Er şi Er-Yb folosind excitare pulsată în jur de 970 şi 1500 nm.
Faza nr. 4
Responsabil: Dr. L. Duţă
Termen de predare: 15.07.2018
Titlu: "Influenţa temperaturii de depunere asupra proprietăţilor morfologice, structurale şi optice ale filmelor nanostructurate de AlN sintetizate prin tehnica de depunere laser pulsată"
Rezumat: Rezultatele acestei cercetări pot contribui la aprofundarea domeniului dedicat obţinerii acoperirilor dure, prin studiul asupra sintezei de filme AlN pe substraturi de Si(100) la temperaturi diferite (RT, 350 °C, 450 °C şi/sau 800 °C), într-un singur sau mai mulţi pasi tehnologici (structuri simple şi/sau bi/multistructuri).
Rezultatele obţinute în urma sintezei de filme nanostructurate (poli)cristaline sintetizate la temperaturi de depunere scăzute, îşi pot găsi potenţiale aplicaţii în domeniul micro- şi nanoelectronicii. De asemenea, doctoranzii şi postdoctoranzii implicaţi în realizarea obiectivelor propuse în această cercetare au avut posibilitatea să (i) interacţioneze cu cercetători cu experienţă, (ii) fie implicaţi activ în diseminarea rezultatelor obţinute, (iii) poată acumula cunostinţe teoretice şi competenţe experimentale noi, în vederea constituirii de echipe competitive la nivel naţional şi internaţional. Prin acest studiu am avut în vedere ca tehnologia de obţinere a filmelor de AlN în condiţii experimentale mult îmbunătăţite, cu aplicaţii în domeniul micro- şi nanoelectronicii, sa poată fi transferată către parteneri industriali interesaţi. Prin utilizarea unor temperaturi de lucru scăzute, se poate reduce semnificativ timpul dedicat obţinerii unor astfel de structuri, şi implicit costurile vor fi mult diminuate.
O parte din rezultatele prezentate în cadrul acestei faze au fost publicate sub forma unui manuscris (“Multi-stage pulsed laser deposition of aluminum nitride at different temperatures”, L. Duta, G.E. Stan, H. Stroescu, M. Gartner, M. Anastasescu, Zs. Fogarassy, N. Mihailescu, A. Szekeres, S. Bakalova, I.N. Mihailescu, Applied Surface Science 374 (2016) 143–150)), iar o altă parte va face obiectul unui nou manuscris care va fi publicat într-un jurnal cotat ISI. De asemenea, o serie de rezultate obţinute în cadrul acestei faze au fost prezentate sub forma unui poster (“Mechanical, optical and structural properties of aluminum nitride synthesized by Pulsed Laser Deposition”, L. Kolaklieva, V. Chitanov, K. Antonova, A. Szekeres, P. Terziyska, P. Petrik, Zs. Fogarassy, L. Duta, I.N. Mihailescu) la Conferinţa Internaţională “European Materials Research Society – EMRS”, Spring Meeting, Convention Centre, Strasbourg, Franţa, 18-22 iunie 2018.
Faza nr. 5
Responsabil: Dr. O. Toma
Termen de predare: 15.07.2018
Titlu: "Proprietăţi spectroscopice şi structurale ale sistemelor multi-site dopate cu ioni de pământuri rare"
Rezumat: Obiectivul fazei l-a constituit studiul proprietăţilor spectroscopice ale materialului oxidic multi-site CaSc2O4 dopat cu ioni de lantanide (Er3+, Yb3+) şi corelarea acestora cu proprietăţile structurale ale materialului.
Rezultate:
- Sinteza de probe ceramice din material oxidic CaSc2O4 cu poziţii multiple ce pot fi ocupate de ioni trivalenţi de lantanide, dopat cu diverse concentraţii de Er3+ şi Yb3+;
- Caracterizarea materialului Er:CaSc2O4 prin difracţie de raze X;
- Identificarea liniilor spectrale ale diverşilor centri luminescenţi Er3+ în CaSc2O4 şi studiul proprietătilor spectroscopice ale acestor centri;
- Publicarea unui articol într-o revistă cotată ISI.
Diseminare: 1 articol ISI publicat - S. Georgescu, A. Stefan, O. Toma, "Judd-Ofelt analysis of Er-doped CaSc2O4 revisited", J. Luminesc. 199, 488-491 (2018).
Faza nr. 6
Responsabil: Dr. C. Surdu Bob
Termen de predare: 15.07.2018
Titlu: "Sinteza şi caracterizarea straturilor de nitrură de siliciu folosind o plasmă anodică de înaltă tensiune ( parţial)"
Rezumat: În acestă primă etapă am realizat sinteza şi caracterizarea straturilor de nitrură de siliciu folosind sursa de plasmă anodică de înaltă tensiune dezvoltată în cadrul laboratorului numită Plasmă anodică de înaltă tensiune pentru depuneri de filme de compuşi chimici - Compound-High Voltage Anodic Arc Plasma (C-HVAP). Au fost variate condiţiile experimentale şi s-a observat dependenţa compoziţiei şi proprietăţilor filmelor depuse de aceste condiţii. Pentru analiza straturilor depuse s-au utilizat următoarele metode: XPS, SEM, spectrometrie UV, Viz, IR, FTIR, XRD, XRR, RBS şi Raman. Rezultatele au arătat faptul că straturile depuse conţin Si3N4 ca singură formă alotropă şi sunt amorfe. Concentraţia de nitrură de siliciu şi energia benzii interzise Eg au fost mai mici în cazul filmelor depuse aproape de sursă decât la distanţă. Acest fapt a fost explicat prin încălzirea suplimentară ce are loc mai aproape de electrozii sursei de plasmă. Valori de 6.2 eV, competitive pe plan mondial, au fost obţinute pentru Eg. Acest fapt demonstrează încă o capabilitate de excepţie a acestei surse originale de plasmă.