Shema de realizare a proiectului 18 13 01 01 - Etapa a IV-a

Faza nr. 11

Responsabil: Dr. N. Scărişoreau

Termen de predare: 10.12.2018

Titlu: "Sinteza de straturi subţiri de noi materiale avansate bazate pe perovskiti ecologici BCTZ şi BFO dopaţi cu pământuri rare (Pr³⁺, Eu³⁺, Gd³⁺ sau Dy³⁺) şi determinarea proprietăţilor funcţionale optice, electrice şi fotocatalitice ale acestora"

Rezumat: În cadrul acestei faze au fost obţinute straturi subţiri de noi materiale avansate bazate pe perovskiti ecologici dopaţi cu pămanturi rare (Pr³⁺, Eu³⁺, Gd³⁺ sau Dy³⁺) şi au fost determinate proprietăţile funcţionale optice, electrice şi fotocatalitice ale acestora. Astfel, au fost efectuate următoarele:
- studiul proceselor fizico-chimice implicate în evoluţia proprietăţilor funcţionale optice, electrice şi fotocatalitice în urma inducerii controlate de constrangeri structurale prin dopaj cu elemente de pământuri rare şi tipul de substrat utilizat.
- integrarea straturilor subţiri în dispozitive de test senzoristice bazate pe cuplajul de proprietăţi funcţionale piezoelectric-luminiscentă.
Filmele subţiri de Eu:BFO au fost obţinute utilizând tehnica de depunere laser pulsată (PLD) plecând de la o ţintă ceramică de Eu:BFO, iradierea fiind făcută cu ajutorul unui laser excimer cu emisie la lungimea de undă 193 nm. Substraturile folosite au fost de asemenea oxizi perovskitici şi anume: SrTiO₃ (STO) şi SrTiO₃ dopat cu Nb (STON).
Analizele AFM şi PFM (piezoelectric force microscopy) confirmă ipoteza că introducerea dopantului europiu (Eu) contribuie la perturbarea cristalinităţii materialului depus. Acest lucru se traduce prin prezenta unor cristalite având dimensiuni relativ mici în raport cu cele ale materialului nedopat (BFO). Tehnica de catoduluminescenţă in situ FE-SEM (CL-SEM) a fost utilizată pentru verificarea proprietăţilor electronice, i.e. emisie fotonică prin excitare cu fascicol de electroni, precum şi a calităţii şi a modului de acoperire a substraturilor de către straturile subţiri de Eu:BFO depuse prin PLD în diferite condiţii experimentale, e.g. număr de pulsuri laser de iradiere ţintă, natura substratului.
Au fost testate în cazul reacţiei fotocatalitice de descompunere fotochimică a moleculei de apă în vederea producerii de hidrogen (H₂) şi oxigen (O₂). Pentru iradierea probelor, s-a folosit atât o dioda laser cu emisie la 404 nm având o putere de ~5.7mW, cât şi un monocromator cu filtre, având emisie pe un domeniu mai larg al spectrului 370-700nm. S-a urmărit, de asemenea, studiul comparativ al probelor de BFO şi BEFO, cât şi influenţa lungimii de undă şi puterea fluxului luminos asupra probelor iradiate. Rezultatele experimentale obţinute, confirmă rezultatele teoretice, eficienta filmelor subţiri ce conţin dopantul Eu³⁺ în structura sa este crescută, în comparatie cu oxidul pur de BFO.

Faza nr. 12

Responsabil: Dr. I. Tiseanu

Termen de predare: 10.12.2018

Titlu: "Dezvoltarea unui sistem de metrologie pentru industrie şi cercetare prin tomografie de raze X"

Rezumat: Tomografia de raze X 3D cantitativă este o metodă relativ nouă de măsurare a dimensiunilor, unghiurilor, formelor şi a abaterilor de la acestea.
În România nu există în prezent sisteme tomografice 3D autorizate să ofere măsurări dimensionale de precizie pentru o gamă diversă de materiale şi componente industriale. Cercetările privind realizarea unor astfel de sisteme sunt încă la început şi pe plan internaţional. Principiile utilizării tomografelor industriale la măsurări coordonate sunt marginal descrise în standardul internaţional ISO 15708-2. Recomandări mai avansate privind asigurarea calităţii în practicile de măsurări dimensionale prin tomografie 3D sunt prezentate în standardul german VDI/VDE 2630.
În această lucrare s-a realizat proiectarea şi construcţia unui sistem tomografic de mare rezoluţie spaţială şi cu mare putere de penetrare prin materiale şi componente relevante pentru cercetare şi industrie. Pentru controlul manipulatorului tomografic şi achiziţia de imagini de mare rezoluţie spaţială s-au realizat pachete de programe în mediul de programare LabView. De asemenea, s-au implementat pachete de programe comerciale şi proprietare pentru reconstrucţia tomografică.
Validarea conceptului de sistem tomografic cu performanţe metrologice s-a făcut prin intercompararea măsurărilor de dimensiuni, forme şi abateri de formă realizate prin tomografie 3D şi prin metode metrologice convenţionale (scanare optică şi triangulaţie) pe probe etalon. Probele etalon au fost concepute pentru evaluarea preciziei de măsură a sistemului tomografic în aplicaţii de microtomografie (voxel <3 µm) şi de tomografie pe probe industriale (voxel >10 µm). Măsurările de coordonate pe volumul reconstruit s-au realizat cu modulul de metrologie din pachetul de programe commercial VGSTUDIO MAX 3.2. Software-ul de reconstrucţie 3D şi analiză oferă posibilitatea de a compara automat dimensiuni cheie din cadrul proiectelor CAD ale probelor cu dimensiunile actuale ale obiectelor respective.
În această fază de realizare şi validare a metodei metrologice prin tomografie 3D s-au obţinut în mod consistent precizii de măsurare a dimensiunilor probelor etalon mai bune decât 1/5 de voxel, în bun accord cu predicţiile teoretice şi cu toleranţele nominale prezentate de producători de top.

Faza nr. 13

Responsabil: Dr. G. Socol

Termen de predare: 10.12.2018

Titlu: "Structuri fotovoltaice de tip Grätzel ce au drept componentă acoperiri pe bază de TiO₂"

Rezumat: Am sintetizat prin depunerea laser pulsată (PLD), în diferite atmosfere gazoase (O₂, N₂, Ar și He), patru loturi de acoperiri TiO₂ (TiO₂-O₂, TiO₂-N₂, TiO₂-Ar și respectiv TiO₂-He) cu rol de fotoanod în structura celulelor solare ce au colorantul drept sensibilizator (DSSC). Pentru fiecare lot au fost depuse două straturi de TiO₂ (unul subțire nanostructurat și unul mai dens) utilizând un laser cu excimer KrF* (λ= 248 nm și τ_FWHM = 10 ns) la o rată de repetiție de 10 și respectiv 40 Hz. Morfologia, topografia și structura cristalină a acoperirilor au fost analizate prin microscopie electronică de baleiaj (SEM), microscopie de forță atomică (AFM) și respectiv difracție de raze X (XRD). Din micrografiile SEM s-a putut observa că, în funcție de natura gazului ambiant din timpul depunerilor PLD, apar diferențe morfologice între probele studiate. Mai mult, rezultatele AFM sunt în concordanță cu cele de SEM. Evaluarea cristalografică a probelor de TiO₂ a evidențiat prezența unui amestec de faze anatas și rutil, cu cristalinitate scăzută. Studiile privind performanțele fotovoltaice au fost efectuate pentru a înțelege și evalua efectele bistratului TiO₂ (în urma interacției cu moleculele de colorant) asupra eficienței celulei.