Shema de realizare a proiectului 19 15 01 01 - Anul 2020 - Etapa I

Faza nr. 37

Responsabil: Dr. M. Zamfirescu

Termen de predare: 14.04.2020

Titlu: "Caracterizarea fasciculelor de electroni accelerați la interacţia pulsurilor ultraintense cu ținte gazose"

Abstract: Rezultatul principal al acestei etape de proiect o reprezintă obținerea pentru prima dată în România de fascicule de electroni accelerați la energii de peste 100 MeV. Echipa laboratorului CETAL-PW din INFLPR a realizat montajul experimental de accelerare de electroni prin interacție laser-jet de gaz. Parametrii de accelerare studiați sunt energia electronilor, divergența, stabilitate unghiulară. Aceștia au fost optimizați prin modificarea energiei și a duratei pulsului laser, a planului focal față de țintă și a parametrilor de țintă gazoasă, respectiv densitatea gazului. Electronii accelerați sunt detectați pe un ecran scintilator (LANEX) plasat la ieșirea din extensia camerei de interacție. Luminescența emisă de ecranul LANEX este monitorizată cu un sistem optic și o cameră video. Din studiile de stabilitate spațială a fasciculelor de electroni s-a determinat o variație unghiulară de la puls la puls de aproximativ 25 mrad. Pentru a măsura cu precizie spectrele electronilor, a fost proiectat și construit un spectrometru magnetic de electroni. Electronii de energii înalte, până la sute de MeV, sunt deflectați de câmpul magnetic de înaltă intensitate (0,86 T) creat de un magnet permanent sub formă de dipol. Au fost măsurați electroni cu distribuții ce prezintă un vârf de intensitate la energia 370 MeV. Toți parametrii experimentului sunt suficient de bine controlați, astfel încât obținerea de fascicule de electroni accelerați peste 200 MeV a fost reproductibilă pentru toate campaniile de experimente.

Abstract grafic:

F37


Faza nr. 38

Responsabil: Dr. C. Ristoscu

Termen de predare: 14.04.2020

Titlu: "Straturi subțiri de apatită biomimetică - chitosan obținute prin tehnici laser cu aplicații antimicrobiene"

Abstract: Straturi subțiri de chitosan / apatită biomimetică au fost obținute prin evaporarea laser pulsată combinatorială asistată de o matrice (C-MAPLE) pe substraturi de Ti, Si sau sticlă. Gradienții compoziționali au fost obținuți prin vaporizarea simultană cu laserul a celor două ținte din materiale distincte. În toate experimentele a fost utilizată o sursă de laser KrF * (λ=248 nm, τFWHM=25 ns). Natura și compoziția suprafeței materialelor depuse și distribuția spațială a constituenților au fost studiate prin SEM, EDS, AFM, GIXRD, FTIR, micro-Raman și XPS. Eficiența antimicrobiană a straturilor de chitosan / apatită biomimetică împotriva tulpinilor de Staphylococcus aureus și Escherichia coli a fost investigată prin viabilitatea numărului de celule.
Filmele subțiri obținute au fost amorfe și au prezentat o morfologie caracteristică structurilor depuse cu laser, compuse din grăunti nanometrici rotunzi. Rugozitatea suprafeței a crescut progresiv cu concentrația de chitosan, așa cum s-a demonstrat prin AFM. Analizele FTIR, EDS și XPS au indicat că compoziția filmelor compozite BmAp-CHT obținute prin C-MAPLE a fost modificată treptat de la apatită pură la chitosan.
Testele biologice au indicat faptul că biofilmul de S. Aureus este mai sensibil la acțiunea zonelor bogate în chitosan din filme, în timp ce biofilmul E. Coli s-a dovedit mai sensibil în zonele care conțin mai puțin chitosan.
Prin urmare, cel mai bun compromis ar fi reprezentat, după părerea noastră, de zonele cu concentrație intermediară-înaltă de chitosan care poate asigura un spectru larg de protecție antimicrobiană concomitent cu o îmbunătățire semnificativă a osteointegrării, favorizată de prezența apatitei biomimetice.

Abstract grafic:

F38


Faza nr. 39

Responsabil: Dr. L. Gheorghe

Termen de predare: 14.04.2020

Titlu: "Dezvoltarea de cristale optic neliniare Nd:LGSB pentru generarea de radiaţie laser în domeniul spectral verde prin procese de autodublare de frecvenţă"

Abstract: Au fost crescute prin metoda Czochralski, pentru prima dată la nivel internaţional, monocristale de tip Nd:LGSB cu compoziţii optimizate pentru generarea de radiaţie laser în domeniul spectral verde prin procese de autodublare de frecvenţă (SFD). Proprietăţile optic neliniare (NLO) şi spectroscopice ale cristalului La0.721Nd0.046Gd0.452Sc2.781(BO3)4 (4.6 at.% Nd:LGSB) au fost investigate, iar experimentele de emisie laser în domeniul 1 µm au permis obţinerea de emisie la λem= 1061.97 nm cu o pantă a eficientei de 73%. A fost obţinută emisie laser în verde la ~ 531 nm pentru diverse configuraţii ale rezonatorului laser, iar rezultatele obţinute demonstrează că monocristalul 2.5 at.% Nd:LGSB constituie un model experimental şi funcţional de sursă laser în verde bazată pe procese de SFD. Cercetările viitoare se vor concentra pe investigarea cristalului 4.6 at.% Nd:LGSB ca mediu activ laser autodublor de frecvenţă cu emisie eficientă în domeniul spectral verde (~531 nm).

Abstract grafic:

F39


Faza nr. 40

Responsabil: Dr. E. Grigore

Termen de predare: 14.05.2020

Titlu: "Obţinerea straturilor de WN utilizand metoda de depunere HiPIMS"

Abstract: Cresterea duratei de viata si imbunatatirea performantelor componentelor industriale prin acoperirea cu straturi dure reprezinta obiective fundamentale ale domeniului cunoscut sub denumirea de Ingineria Suprafetelor. Din aceasta perspectiva, nitrurile metalelor tranzitionale sunt considerate candidate potentiale pentru o gama larga de aplicatii.
Cercetarile efectuate in aceasta etapa au fost dedicate atat studiului sintezei straturilor de nitrura de wolfram utilizand metoda de depunere HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering), cat si analizei proprietatilor mecanice ale acestora. Scopul studiului a urmarit stabilirea unor corelatii intre structura-compozitie si proprietatile straturilor de WN, in particular intre compozitia chimica si caracteristicile mecanice ale straturilor.
Caracteristicile chimico-structurale ale straturilor au fost investigate utilizand Spectrometria in descarcare luminescenta (GDOES- Glow Discharge Optical Emission Spectrometry), Difractia de raze X (XRD- X-ray Diffraction) si respectiv Microscopia electronica de baleiaj (SEM- Scanning Electron Microscopy). Au fost apoi determinate o serie de proprietati mecanice ale straturilor precum microduritatea, coeficient de frecare si rezistenta la uzura si evaluata influenta debitului de azot asupra acestor caracteristici. Determinarea coeficientului de frecare si a rezistentei la uzare a straturilor s-a facut cu ajutorul testului „pin on disk” in timp ce stabilitatea termica a straturilor a fost analizata cu ajutorul Spectrometriei de Desorbtie Termica (TDS- Thermal Desorption Spectroscopy).
Astfel, s-au studiat straturile produse cu un continut de azot de 2.0 pana la 5.3 at.%. Analiza prin difractie de raze X nu a evidentiat formarea de faze din sistemul W-N, azotul fiind dizolvat in matricea de W. A fost evidentiat faptul ca microduritatea straturilor creste odata cu continutul de azot atingand o valoare de 2711 HV0.05 pentru un continut de azot de 5.3 at.%. S-a constatat ca stratul cu un continut de N de 2.0 at. % prezinta cel mai mic coeficient de frecare (0.474) si cea mai mica uzura specifica (2.33x10-6 mm3/N m).

Abstract grafic:

F40


Faza nr. 41

Responsabil: Dr. G. Socol

Termen de predare: 14.05.2020

Titlu: "Investigarea diverselor materiale plasmonice pentru îmbunătățirea performanței senzorului cu fibră optică bazat pe rezonanță plasmonică de suprafață (FO-SPR)"

Abstract: Plasmonii de suprafață (SP) sunt unde electromagnetice care se formează de-a lungul unei interfețe plasmonice, dintre un film subțire metalic (eg. aur) și un mediu dielectric (soluția de analizat). Dispozitivele bazate pe rezonanța plasmonilor de suprafață (SPR) sunt instrumente optice bine-cunoscute, cu o mare aplicabilitate în detecţie deoarece permit monitorizarea în timp real a interacțiunilor bio-/chimice. Senzorii SPR bazați pe fibră optică (FO) prezintă avantaje cum ar fi simplitatea, portabilitatea și reducerea costurilor. Așadar, fibra optică acoperită cu un film subțire metalic este folosită pentru a transporta lumina către interfața plasmonică. Orice eveniment care are loc la această interfață (eg. interacţia dintre un receptor şi molecula ţintă) va declanșa o modificare a semnalului SPR, ce poate fi procesată mai departe într-un grafic. O astfel de platformă de detecţie FO-SPR a fost dezvoltată şi în cadrul INFLPR. Cu toate că, potențialul tehnologiei FO-SPR este incontestabil, creșterea sensibilității acesteia rămâne un obiectiv important, pentru a putea transpune acest potențial în diverse aplicații. În acest context, în cea de-a doua parte a proiectului au fost investigate diverse materiale plasmonice, cum ar fi aurul (Au), argintul (Ag), paladiul (Pd) şi platina (Pt), cu scopul de a îmbunătății performanţa senzorului FO-SPR. S-au optimizat protocoalele de depunere a materialelor plasmonice pe subratul de FO cu ajutorul unui sistem magnetron sputtering şi au fost determinaţi indicatorii de perfomanţă (sensibilitatea şi figura de merit) pentru fiecare tip de senzor FO-SPR în parte. Concluzia generală a acestui studiu este că fiecare material plasmonic testat vine cu avantajele şi dezavantajele lui, alegerea acestuia depinzând în totalitate de aplicaţia dorită a fi implementată.

Abstract grafic:

F41


Faza nr. 42

Responsabil: Dr. A. Staicu

Termen de predare: 14.05.2020

Titlu: "Studiul proprietăților de udare a suprafețelor de către picături de medicamente expuse la radiație laser în condiții de hipergravitație"

Abstract: În această etapă, au fost analizate în condiții de hipergravitație generate utilizând facilitatatea Large Diameter Centrifuge (Agenția Spațială Europeană, Centrul European de Cercetare și Tehnologie Spațială, Noordwijk, Țările de Jos) la nivelurile de 1, 2, 5, 10 și 20 g, proprietățile de udare ale soluțiilor de medicamente pe Parafilm M, aluminiu si bumbac prin determinarea unghiurilor de contact. Soluțiile studiate au fost clorpromazină neiradiată și clorpromazină iradiată timp de 4 ore cu un fascicul laser emis la 266 nm (a patra armonică a fasciculului fundamental emis de sistemul laser YAG:Nd). De asemenea, proprietățile de udare ale apei ultrapure au fost investigate, fiind solventul soluțiilor medicamentoase. Interacția medicament-suprafață a fost studiată prin generarea picăturilor suspendate și măsurarea unghiurilor de contact ale picăturilor sesile formate la interfața lichid-solid-aer.
Pentru a determina unghiurile de contact, s-au analizat pozele obținute în timpul experimentului de hipergravitație utilizând programul ADVANCE (KRÜSS).
Analiza datelor a arătat că odată cu creșterea nivelului de gravitație valorile unghiurilor de contact scad. În majoritatea cazurilor, soluția medicamentoasă iradiată posedă cele mai bune proprietăți de udare dintre cele trei utilizate în cadrul acestui studiu. De asemenea, rezultatele au indicat faptul că reducerea volumului picăturii duce la scăderea amplitudinii oscilațiilor. Mai mult decât atât, pe măsură ce nivelul de gravitație este mai ridicat, are loc o creștere liniară a frecvenței de oscilație.

Abstract grafic:

F42


Faza nr. 43

Responsabil: Dr. G. Crăciun

Termen de predare: 14.05.2020

Titlu: "Obţinerea de materiale polimerice liniare pe bază de acrilamidă şi alginat de sodiu prin iradiere cu electroni acceleraţi, destinate epurării apelor"

Abstract: Obiectivele principale ale fazei au fost următoarele: (1) obţinerea şi caracterizarea unui polielectrolit pe bază de acrilamidă şi alginat de sodiu prin grefare, utilizând un fascicul de electroni de 5.5 MeV; (2) stabilirea eficienţei de floculare şi a capacităţii de îndepărtare a metalelor grele din soluţii apoase de concentraţii cunoscute. Concentraţiile de alginat de sodiu în soluţiile monomerice supuse iradierii au fost de 1 şi, respectiv, 2%, iar dozele de iradiere utilizate pentru grefare s-au situat în intervalul 0.5 -2 kGy. În aceste condiţii, două tipuri de polielectroliţi au fost obţinuţi şi caracterizaţi din punct de vedere fizic, chimic şi structural. Eficienţa de floculare a fost evaluată în condiţii de agitare pe suspensii de caolin, de concentraţii 0.1, 0.2 şi 0.5 %. Eficienţa de îndepărtare a metalelor grele s-a investigat pe soluţii de concentraţii cunoscute de ioni de Cu2+ şi Cr6+. Concentraţia diferită de alginat de sodiu în soluţia monomerică şi doza diferită de iradiere au condus la obţinerea de rate de grefare diferite: 2000% pentru probe care conţin 1%, respectiv de până la 500% pentru probe care conţin 2%. În cadrul studiilor de floculare s-au obţinut transmitanţe între 98 şi 100 % pentru polielectroliţii care conţineau 2% alginat de sodiu utilizaţi în concentraţii de 0.5 şi 1 ppm pe o suspensie de caolin de 0.1 wt %. Concentraţia de polimer a fost determinată ca fiind critică pentru suspensiile de caolin de 0.05 şi 0.1 wt%. Studiile realizate în vederea determinării capacităţii de îndepărtare a metalelor grele din soluţii apoase conţinând ioni de Cu2+ şi Cr6+ au arătat că polimerii care conţin 1% alginat de sodiu sunt mai eficienţi în îndepărtarea ionilor de Cr6+ în timp ce polimerii care conţin 2% alginat de sodiu sunt mai eficienţi în îndepărtarea ionilor de Cu2+.

Abstract grafic:

F43


Faza nr. 44

Responsabil: Dr. M. Măgureanu

Termen de predare: 12.06.2020

Titlu: "Caracterizarea descărcării electrice utilizate pentru funcţionalizarea materialelor"

Abstract: În această fază a fost investigată o descărcare luminescentă în hidrogen în diferite regimuri de funcţionare: la presiune scăzută (0.2 mbar), unde lumina negativă (NL) este prezentă în întreaga cameră de descărcare şi la presiune mai ridicată (2-4 mbar), unde coloana pozitivă (PC) este vizibilă pe întreaga lungime a tubului. Puterea de descărcare a fost variată în domeniul 0.4-1.4 W. S-a constatat că gradul de disociere a hidrogenului molecular este mai redus la presiune mai ridicată, în coloana pozitivă, comparativ cu regiunea luminii negative obţinută la presiune redusă. A fost determinată temperatura electronică de excitare în NL, cu valori în domeniul 8600-9060 K. De asemenea, a fost evaluată temperatura de rotaţie, care poate fi considerată o măsură a temperaturii gazului, cu valori în domeniul 350-500 K.

Abstract grafic:

F44


Faza nr. 45

Responsabil: Dr. M. Filipescu

Termen de predare: 12.06.2020

Titlu: "Depunere şi caracterizare de heterostructuri dielectrice"

Abstract: In ultima decadă, în România, dezvoltarea facilităţilor bazate pe laseri de mare putere, de ordinul petawaţilor, precum ELI-NP dotată cu sisteme laser de mare putere cu pulsuri ultra-scurte (> 10 PW) şi CETAL din cadrul INFLPR, dotată cu un laser de 1 PW, implică folosirea de componente optice cu proprietăţi speciale. In acest raport s-a stabilit configuraţia finală (modelul) a acoperirilor AR sub formă de mono-straturi de silicaţi (HfSixOy sau AlSixOy), fiind prezentate investigaţiile proprietăţilor fizice realizate pe aceste acoperiri. Straturile AR au fost obţinute prin depunere laser pulsată (PLD) şi depunere laser pulsată asistată de o descărcare în radio-frecvenţă (RF-PLD), căutându-se parametrii experimentali (lungime de undă, presiune gaz reactiv, fluenţa laser, număr pulsuri laser) optimi pentru a obţine straturi cu proprietăţi anti-reflex capabile să reziste la interacţia cu radiaţia laser de energie mare şi pulsuri ultra-scurte. Astfel, mono-straturile bazate pe HfSixOy sau AlSixOy sunt obţinute din combinarea compuşilor binari HfO2 şi SiO2/sau Al2O3, în procente egale.
Din analizele efectuate şi ţinând cont de specificaţiile necesare ca un strat să fie utilizat ca anti-reflex pentru interacţia cu pulsuri ultra-scurte de mare intensitate, cele mai bune structuri de tip mono-strat sunt cele de silicat de hafniu şi cele de silicat de aluminiu obţinute prin PLD (λ=193 nm, Ts=600˚C).
S-a dovedit că prezenţa descărcării RF în procesul de depunere PLD nu este benefică pentru obţinerea de straturi AR, aceasta inducând o nanostructurare a filmelor şi implicit o mai mare rugozitate.

Abstract grafic:

F45


Faza nr. 46

Responsabil: Dr. C. Fleacă

Termen de predare: 12.06.2020

Titlu: "Producerea de nanostructuri carbonice preponderent uni sau bidimensionale prin tehnici asistate cu laser CO2 în undă continuă"

Abstract: În această fază am reuşit să obţinem o serie de nanostructuri carbonice cu potenţiale aplicaţii în stocarea/generarea de energie. Astfel, o primă direcţie de cercetare a vizat sinteza de nanoparticule carbonice dopate/cu conţinut de diverşi halogeni (F, Cl sau I) prin piroliză laser şi caracterizarea acestora (prin tehnici XRD, EDS, Raman, FTIR, TEM). Astfel au fost folosite pe post de precursori două hidrocarburi gazoase – acetilena şi etilena - aceasta având şi rol de agent de transfer al energiei laserului, precum şi compuşi halogenaţi cum sunt hexafluorura de sulf, tetraclorura de staniu, tricloroetilena, iodul molecular şi iodura de metil. Structura acestor nanoparticule este în general turbostratică, în unele cazuri obţinându-se şi hidrocarburi aromatice halogenate cum este C6Cl6, dar şi fullerenă C60. Altă direcţie de dezvoltare a constat în cuplarea pirolizei laser cu Depunerea Termică din fază de Vapori CVD în cuptor pentru a genera în prezenţa acetilenei nanotuburi/nanofibre carbonice dopate cu azot catalizate de nanoparticule pe bază de fier din precursori pentacarbonil de fier şi amoniac înconjuraţi/diluaţi de argon. În anumite experimente s-a observat şi formarea unor particule submicronice carbonice cu dimensiuni foarte apropiate. A treia direcţie s-a focalizat pe obţinerea şi caracterizarea de grafene cu structură poroasă şi suprafaţă specifică mare (numite grafene induse cu laserul) folosind interacţia în mediul ambiant a unui fascicol laser cu CO2 ce emite în infraroşu la 10.6 μm cu filme poliimidice aromatice ce au fost la randul lor obţinute prin imidizarea acidului poliamic corespunzător, care are avantajul solubilităţii în anumiţi solvenţi polari şi astfel poate fi depus în forma/grosimea dorită. Morfologia nanostructurilor rezultate prin piroliză laser + CVD cât şi cea a structurilor grafenice tip spumă generate la piroliza poliimidelor a fost observată în detaliu prin tehnica de microscopie de baleiaj SEM.

Abstract grafic:

F46


Faza nr. 47

Responsabil: Dr. A. Popescu

Termen de predare: 12.06.2020

Titlu: "Imprimare 3D de obiecte metalice cu geometrie complexă"

Abstract: În această fază a proiectului Nucleu am realizat obiecte 3D prin imprimare LMD. Scopul a fost de a determina limitările metodei pentru obţinerea de obiecte metalice de mici şi mari dimensiuni. Am reuşit progrese remarcabile în creşterea rezoluţiei metodei de imprimare 3D şi am produs dispozitive medicale de fixare a implanturilor ortopedice. Strategia de scanare şi optimizarea parametrilor laser au jucat un rol esenţial în reuşita acestor experimente. Pe de altă parte, în cazul obiectelor de mari dimensiuni au trebuit rezolvate două probleme majore: i. creşterea neliniară a materialului depus, ceea ce poate cauza o inexactitate a imprimării obiectului 3D care nu va respecta cotele din desenul tehnic; ii. programul CAM pentru forme complexe poate deveni prea mare pentru memoria limitată a sistemului de imprimare LMD. Prima problemă a fost rezolvată printr-un studiu asupra distanţei dintre straturile care formează obiectul 3D. După numeroase teste am obţinut o liniaritate a creşterii materialului pe substrat ceea ce a permis obţinerea de forme cu dimensiuni corecte. Cea de a doua problemă a fost rezolvată prin realizarea obiectului din mai multe programe, existând totuşi un mic inconvenient prin acea că pe suprafaţa obiectului vor exista delimitări vizibile între părţile produse cu secvenţe de program.

Abstract grafic:

F47


Faza nr. 48

Responsabil: Dr. C. Achim

Termen de predare: 12.06.2020

Titlu: "Evaluarea produșilor stresului oxidativ utilizând testele de respirație"

Abstract: Scufundările subacvatice ar putea crește producția de radicali liberi, care acționează ca molecule de semnalizare pentru a induce adaptarea împotriva atacului oxidativ.
Scopul cercetării a fost de a studia impactul efectelor scufundării analizând compoziția gazelor din respirația expirată a scafandrilor profesioniști. Concentrațiile de etilenă, amoniac și dioxid de carbon din respirația scafandrilor au fost măsurate înainte și după cufundarea la 8 m adâncime în Marea Neagră. Cu ajutorul testului de respirație folosind spectroscopia cu infraroșu s-au analizat cele trei gaze: etilena- pentru starea de stres oxidativ, amoniacul-pentru degradarea proteinelor, și dioxidul de carbon din respirația celor șase scafandri.

Abstract grafic:

F48


Faza nr. 49

Responsabil: Dr. C. Gheorghe

Termen de predare: 14.07.2020

Titlu: "Cercetări privind soluții avansate pentru realizarea de surse coerente de fotoni bazate pe ionii Pr3+ şi Pr3+-Yb3+ cu emisie în vizibil. Procese de conversie superioară în fosfori de tip perovskit dopaţi cu Er3+ şi Yb3+"

Abstract: I. Investigaţii spectroscopice ale ionilor Pr3+ şi Pr3+-Yb3+ în Ca3(Nb,Ga)5O12 (CNGG) monocristale şi ceramici au fost efectuate în scopul evaluării ca materiale laser şi fosfori pentru emisie în vizibil. Monocristalele Pr:CNGG şi Pr-Yb:CNGG au fost crescute prin metoda Czochralski iar probele ceramice au fost obţinute prin metoda reacţiei în stare solidă. Toate probele au fost caracterizate prin difracţie de raze X şi spectroscopie optică. Pentru cristalul CNGG: Pr (1.8 at%) au fost calculate secţiunile eficace de emisie pentru diverse tranziţii din domeniul vizibil însă cea mai mare valoare obţinută a fost 1.9×10-19 cm2 la 656 nm corespunzătoare tranziţiei 3P03F2. Acest fapt recomandă cristalul CNGG: Pr ca potenţial mediu activ în roşu; S-au studiat procesele de transfer de energie în probele ceramice de CNGG co-dopate cu Pr-Yb. Au fost realizate diagramele cromatice CIE ale spectrelor de emisie corespunzătoare ionilor Pr3+ obţinute în urma diferitelor lungimi de undă de excitare. S-a observat că în funcţie de lungimea de undă de excitare şi concentraţia de Yb3+, coordonatele CIE se deplasează din regiunea roşu, albastru şi verde. Această schimbare a coordonatelor de culoare demonstrează că sistemele CNGG: Pr -Yb pot fi reglate controlând concentrația de Yb3+ precum şi sursa de pompaj.
II. Materiale ceramice de tip perovskit LaAlO3 şi SrTiO3 co-dopate cu ioni Er3+-Yb3+ au fost investigate în scopul evaluării lor ca fosfori pentru domeniul vizibil. Fosforii LaAlO3 şi SrTiO3 dopaţi cu concentraţii diferite de ioni Er3+ şi Yb3+ au fost obţinuţi prin două metode de sinteză: reacție în fază solidă și metoda sol-gel. Materialele obţinute au fost investigate prin difracție de raze X. Difractogramele au arătat că fosforii LaAlO3:Er:Yb și SrTiO3:Er:Yb preparaţi prin ambele metode sunt bine cristalizaţi indicând faza LaAlO3, respectiv SrTiO3. Fosforii LaAlO3:Er:Yb și SrTiO3:Er:Yb au fost caracterizaţi prin spectroscopie optică (reflectanță difuză și luminiscență). Astfel, prin procese de upconversie, în urma pompajului cu 973 nm au fost observate luminescenţe în domeniul vizibil, în roșu (660 nm, 4F9/24I15/2), verde (550 nm, (2H11/2,4S3/2) → 4I15/2), violet (408 nm, 2H9/2→4I15/2) și ultraviolet (380 nm, 4G11/24I15/2). Cea mai eficientă emisie a fost în domeniul verde. Experimentele au arătat că fosforii obținuți prin metoda sol-gel sunt mai eficienți decât cei obținuți prin reacție în fază solidă, iar fosforul LaAlO3 dopat cu Er3+(1%) și Yb3+(3%) este mai eficient decât SrTiO3 dopat cu Er3+(1%) și Yb3+(3%). Rezultatele obţinute recomandă materialul LaAlO3:Er3+:Yb3+ ca fosfori eficienţi prin conversie superioară pentru aplicații în vizibil.

Abstract grafic:

F49


Faza nr. 50

Responsabil: Dr. C. Poroşnicu

Termen de predare: 14.07.2020

Titlu: "Caracterizarea retenţiei de He în filmele de W, Fe respectiv Cr co-depuse prin tehnologia HiPIMS"

Abstract: Un considerent cheie pentru dezvoltarea reactoarelor de fuziune termonucleară este reprezentat de materialele ce intră în compoziţia componentelor expuse la plasmă. Aceste componente au rolul de a proteja structura incintei şi alte sub-componente, precum bobinele, de efectele negative ale interacţiei plasmă-perete. EUROFER (9Cr-1W) reprezintă materialul structural de referință pentru viitoarele reactoare DEMO și modulul de testare ITER.
Obiectivul acestei faze a fost studiul condiţiilor optime de depunere a filmelor subţiri cu conţinut de wolfram, crom și fier şi incluziuni gazoase de heliu. Au fost astfel realizate straturi subţiri compozite din aceste materiale. Depunerile au fost realizate prin metoda HiPIMS (High Power Impuse Magnetron Sputtering - Pulverizare Magnetron în Impuls de Mare Putere). Toate filmele subţiri obţinute au fost studiate din punct de vedere morfologic, structural, compozițional, precum şi din perspectiva caracterizării mecanismului de retenţie al heliului în aceste materiale similar retenţiei de combustibil nuclear în timpul funcţionării reactorului de fuziune.
Filmele de Cr-W, W-Fe şi, respectiv, Cr-Fe obţinute prin metoda HiPIMS în atmosferă de Ar-He au fost supuse analizelor morfologice prin investigaţii de microscopie electronică de baleiaj şi compoziţional prin analiză de fluorescenţă de raze X. Acest studiu fiind în principal axat pe investigarea comportamentului de eliberare a He din structurile obţinute, au fost efectuate măsurări spectroscopice de desorbţie termică pentru determinarea nivelului de deuteriu din probe. Structurile Cr-Fe codepuse în atmosferă de Ar + He au prezentat o uniformitate bună a filmului rezultat, iar pentru filmele subţiri cu conţinut de W au fost evidenţiate structuri de suprafaţă, sub formă de semisfere, cu o dimensiune medie de 280 nm. Desorbţia He din structurile analizate prezintă caracteristici similare eliberării gazelor nobile din metale pe intervale largi de temperatură. Desorbţia He la temperatură scazută este atribuită eliberării din capcane de energie joasă.

Abstract grafic:

F50


Faza nr. 51

Responsabil: Dr. A. Petriş

Termen de predare: 14.07.2020

Titlu: "Răspunsul neliniar de ordinul trei al unor probe semiconductoare structurate sub-lungimea de undă"

Abstract: Materialele semiconductoare cu transparenţă ridicată în diferite domenii spectrale şi care prezintă modificări semnificative ale proprietăţilor optice induse de lumina laser sunt utilizate în funcţionalităţi fotonice de ghidare, comutare, limitare, stocare, generare, senzori optici, cu aplicaţii în comunicaţii optice, energie, securitate, spaţiu, etc.
Micro- şi nano-structurarea materialelor fotonice permite, în anumite condiţii, controlul interacţiunii dintre lumină şi aceste structuri prin modificarea proprietăţilor optice liniare ale acestora, confinarea câmpului electromagnetic, propagarea selectivă spaţial şi spectral, putând duce la o creştere a răspunsului optic neliniar cu numeroase aplicaţii în fotonică. Investigarea proceselor neliniare ultrarapide excitate de pulsuri laser ultrascurte în materiale structurate sub-lungimea de undă este importantă atât din punct de vedere fundamental, cât şi aplicativ, pentru functionalităţi fotonice.
Siliciul (Si), materialul dominant în industria microelectronicii, a devenit în ultima decadă şi cea mai importantă platformă tehnologică pentru circuite fotonice. Succesul deosebit al platformei de Si s-a datorat, în particular, tehnologiei silicon-on-insulator (SOI) şi utilizării plachetelor SOI pentru circuitele integrate fotonice şi pentru integrarea dintre electronică şi fotonică, utilizând investiţiile enorme realizate în industria electronică.
Am realizat o analiză teoretică şi un studiu experimental al efectului structurării sub-lungimea de undă asupra eficienţei răspunsului neliniar ultrarapid, electronic, specific generării armonicii a treia, în probe de SOI şi SOI structurat periodic sub-lungimea de undă. Generarea armonicii a treia s-a făcut utilizând pulsuri laser ultrascurte (~120 fs) la lungimea de undă de 1550 nm, importantă pentru functionalităţi fotonice cu aplicaţii în comunicaţii.
Analiza teoretică a abordat, în principal, indicele de refracţie efectiv al structurilor sub-lungimea de undă investigate, considerate ca medii compozite omogene şi influenţa acestui parametru asupra eficienţei procesului de generare a armonicii a treia, precum şi, calitativ, posibilitatea de confinare a câmpului electromagnetic în elementele structurilor sub-lungimea de undă investigate.
Experimentele de generare a armonicii a treia au demonstrat mărirea răspunsului optic neliniar (eficienţa procesului de generare a armonicii a treia) în SOI şi, în special, în SOI nano-structurat, faţă de Si, permiţând determinarea unor parametri de neliniaritate ai răspunsului ultrarapid al materialelor semiconductoare studiate, structurate sub-lungimea de undă, la lungimea de undă considerată importantă în comunicaţiile optice.

Abstract grafic:

F51


Faza nr. 52

Responsabil: Dr. Ş. Irimiciuc

Termen de predare: 14.07.2020

Titlu: "Studierea efectului condițiilor de depunere asupra calității straturilor subțiri prin tehnici de imagistică cu camera rapidă"

Abstract: În cadrul proiectului a fost vizată o continuare a punerii bazelor direcțiilor noi de cercetare în cadrul INFLPR, în particular diagnoza plasmelor de ablație cu tehnici optice. Pentru început, aspectul principal urmărit a fost investigația asupra dinamicii plasmelor de ablație laser a unor metale în geometrii similare celor utilizate în depunerea de straturi subțiri prin ablație laser (tehnica pulsed laser deposition – PLD). Implementarea unor astfel de tehnici optice, în general neinvazive, este absolut necesară sub lumina tranziției PLD-ului de la o tehnică experimentală la una industrială. Monitorizarea procesului de depunere poate facilita atât înțelegerea proceselor fundamentale dar și controlul proprietăților straturilor subțiri. Astfel, s-a implementat tehnica de imagistică cu camera ultra rapidă pentru monitorizarea plasmelor de ablație în diverse configurații de depunere (distanța țintă-substrat şi presiune) pentru condiții identice de iradiere. Analiza imaginilor obținute a dus la evidențierea a două sau trei structuri de plasmă ce sunt rezultatul mecanismelor diverse de îndepărtare a particulelor. Modificarea geometriei de depunere induce efecte importante asupra structurii şi geometriei plasmei de ablație ca rezultat al confinării în plan axial şi duce la existenta unor procese de retroîmprăștiere a particulelor ce ajung la substrat. Acest fenomen este esențial în procesul de depunere unde poate afecta proprietățile straturilor subțiri. Efectul poziționării substratului s-a putut observa şi în valorile vitezelor de expansiune ce tind spre valori de expansiune liberă regăsită la distante mari între țintă şi substrat. Implementarea tehnicii are beneficii multiple fiind o unealtă de investigare rapidă şi oferă informații calitative precum formă, structură în volum dar şi cantitative, precum viteze de expansiune şi distribuție unghiulară.

Abstract grafic:

F52


Faza nr. 53

Responsabil: Dr. V. Dinca

Termen de predare: 14.09.2020

Titlu: "Dezvoltarea de bio-platforme specific/localizat funcţionalizate pentru studiul asupra celulelor mamaliene -obţinerea şi analiza morfologică şi structurală de substraturi structurate prin MAPLE şi/sau prin transfer indus cu laserul –LIFT"

Abstract: Folosirea de polimeri biodegradabili sintetici ca materiale versatile care să aibă caracteristici fizico-chimice, biologice, biomecanice şi de degradabilitate bine definite este de interes în domeniile medicinii şi nu numai. De exemplu, pentru implanturile medicale, suprafaţa este acoperită/funcţionalizată adesea cu învelişuri la care biomoleculele sau celulele pot adera mai bine, sau care pot include şi elibera substanţe active cu funcţionalităţi specifice (antimicrobiene, antitumorale, stimulatoare de osteogeneză, etc). Dintre metodele folosite pentru obţinerea de filme subţiri şi sau structuri localizate pentru aplicaţii avansate în diverse domenii, precum medicină, farmacie, electronică, optică, mecanică, senzoristică, etc., metodele laser s-au dovedit a fi instrumente utile în procesarea suprafeţelor pentru obţinerea de bio-interfeţe cu proprietăţi controlate, de la modele topografice ale suprafeţelor polimerice naturale şi sintetice până la acoperiri pentru studiile legate de interacţia dintre celulă şi substrat sau pentru acoperiri simple şi compozite. Spre exemplu, utilizarea tehnicilor MAPLE şi LIFT pentru obţinerea atât de învelişuri multifuncţionale, cât şi pentru transferul cu rezoluţie spaţială localizată a multor tipuri de materiale funcţionale organice şi anorganice, biologice sau sintetice pe substraturi s-a dovedit a fi o metodă eficientă în diverse domenii (electronică, senzori, biofuncţionarea suprafeţei). În această fază, copolimerul multibloc PLCL-PEG-PLCL a fost folosit atât pentru obţinerea de învelişuri cu caracteristici optimizate (prin tehnica MAPLE), cât şi pentru obţinerea de pixeli polimerici localizaţi (prin tehnica LIFT). Caracteristicile morfologice şi rugozitatea acestora au fost modificate prin variaţia concentraţiei materialului din ţintă, a numărului de pulsuri şi a fluenţei laser şi au fost caracterizate proprietăţile acoperirilor în raport cu parametrii de depunere şi comportamentul preliminar al celulelor osteoblastice pe acoperirile optimizate.

Abstract grafic:

F53


Faza nr. 54a

Responsabil: Dr. F. Sima

Termen de predare: 14.09.2020

Titlu: "Dispozitiv lab-on-a-chip cu dimensiuni nanometrice fabricat în sticlă prin tehnologii laser substractive (partea I)"

Abstract: Tehnologiile emergente de procesare a biomaterialelor la scară micro- și nanometrică oferă în prezent o multitudine de posibilități de manufacturare cu înaltă rezoluție spațială a unor dispozitive microfluidice ce permit testarea reacțiilor biochimice în volume de ordinul nanolitrilor. În acest studiu, prezentăm rezultatele noastre de fabricare tridimensională (3D) pe arii mari, în volume de sticlă, a unor sisteme microfluidice compacte cu configurații ierarhice prin tehnici de corodare asistată de fascicul laser cu pulsuri de picoseconde (picosecond laser assisted etching - PLAE). Acestea sunt compuse din rezervoare deschise la suprafață și conectate prin rețele de microcanale create în volumul sticlei. Procesul cuprinde iradierea laser (Nd:YVO4, λ=532 nm, τ<10ps) urmată de un tratament termic și corodare chimică a unor sticle fotosensibile și permite fabricarea microcanalelor 3D în volum cu mare precizie și dimensiuni micrometrice. Un al doilea tratament termic este propus pentru a reduce dimensiunile canalelor și, în același timp, pentru a îmbunătăți calitatea optică și morfologică a suprafețelor procesate prin metoda PLAE. Prin ajustarea temperaturii și a intervalului de timp aferent tratamentului termic, au fost obținute suprafețe de sticlă procesată foarte netede, fără defecte și de rugozitate redusă la câțiva nanometri.

Abstract grafic:

F54a


Faza nr. 55

Responsabil: Dr. O. Toma

Termen de predare: 14.09.2020

Titlu: "Transferul de energie în materiale oxidice cu fononi de energie mică pentru fosfori în domeniul vizibil. Ceramici sesquioxidice codopate cu ioni de pământuri rare pentru emisie laser în domeniul vizibil"

Abstract: Au fost sintetizate probe ceramice transparente de Y2O3 dopate cu perechi de ioni trivalenţi de lantanide (Yb3+, Er3+) şi (Nd3+, Er3+), prin reacţie în fază solidă. Probele obţinute sunt caracterizate de o foarte bună calitate optică, adecvată pentru obţinerea emisiei laser. A fost pus în evidenţă transferul de energie între ionii co-dopanţi de lantanide ca mecanism de excitare prin up-conversie pentru emisia de luminescenţă a Er3+ în vizibil.

Abstract grafic:

F55


Faza nr. 56

Responsabil: Dr. C. Surdu-Bob

Termen de predare: 14.09.2020

Titlu: "Explorarea posibilităţii de utilizare a filmelor cu conţinut de nitrură de carbon precum şi optimizarea acestora pentru noi senzori optici, dispozitive fotocatalitice sau LED-uri"

Abstract: În cadrul acestei etape s-a urmărit observarea posibilităţii de utilizare a filmelor cu conţinut de nitrură de carbon (realizate utilizând plasma C-HVAP) în domeniul senzorilor sau altor dispozitive electronice. Cercetările au fost îndreptate către proprietăţi optice şi senzoristică de umiditate, gaz metan şi oxid de carbon.
Capacitatea senzoristică a straturilor obţinute a fost testată utilizând un dispozitiv experimental dezvoltat în cadrul institutului.
Au fost realizate două tipuri de senzori de umiditate şi gaze, pe substrat organic şi respectiv anorganic.
Rezultatele experimentale au arătat faptul că straturile cu conţinut de nitrură de carbon prezintă proprietăţi de senzori de umiditate şi respectiv de gaz metan CH4 , la temperatura camerei. În ceea ce priveşte curba de răspuns a senzorului de umditate, s-a observat capacitatea de răspuns rapid.
Curba de răspuns a senzorului de gaz metan obţinută sugerează faptul că senzorul este foarte precis (răspunde instantaneu) şi este sensibil chiar şi la concentraţii de 10 ppm de gaz metan.
Cercetări ulterioare cu scopul obţinerii unor senzori de calitate vor ţinti atât testarea specificităţii pentru umiditate şi respectiv pentru gaz metan cât şi condiţiile ambientale optime de funcţionare.

Abstract grafic:

F56


Faza nr. 57

Responsabil: Dr. T. Crăciunescu

Termen de predare: 14.10.2020

Titlu: "Metode de segmentare de tip semantic a imaginilor provenite din reconstrucţii tomografice (reţele neuronale convoluţionale, reţele cu codare-decodare)"

Abstract: Tomografia de transmisie de raze X poate furniza reconstrucţii de înaltă rezoluţie spaţială ale structurilor de pori în probele analizate. Informaţiile tomografice legate de porozitatea probelor pot fi utilizate pentru diferite studii teoretice şi aplicaţii practice legate de curgerea fluidelor, segmentarea reconstrucţiilor tomografice reprezintă un pas esenţial. Diferite tehnici de segmentare bazate pe setarea de praguri în histograma de culori a reconstrucţiei precum şi tehnici de segmentare adaptive locale au fost propuse în literatură, pentru reconstrucţiile tomografice provenite de la sisteme industriale sau de la sincrotroane de raze X, care descriu porozitatea naturală sau indusă artificial a probelor. Recent, metodele de segmentare semantice, bazate pe reţele neuronale convoluţionale, au început a fi considerate o soluţie cu foarte bune perspective. Cercetările raportate aici au avut ca scop dezvoltarea unei metode de segmentare bazate pe o reţea de tip ‘U-net’ pentru studiul probelor provenite din industria petrolieră. Probele au fost analizate cu ajutorul sistemului de miro-tomografie de raze X de la INFLPR (tomography.inflpr.ro) care constă dintr-o sursă de raze X de tip Microfocus, un detector de tip flat panel Varex PerkinElmer (2048x2048 pixeli), şi un sistem de axe micromotorizate pentru poziţionarea şi deplasarea probelor cu precizie micronică. Structura probelor a fost simulată numeric pentru generarea unui set de antrenament pentru reteaua ‚U-net’, evitând astfel necesitatea unui set extins de măsurări tomografice pentru construirea unui set cuprinzător necesar antrenării reţelei ‚U-net’. Rezultatele demonstrează că această abordare inovativă este capabilă sa producă segmentări de foarte bună calitate.

Abstract grafic:

F57


Faza nr. 58

Responsabil: Dr. M. Nemţanu

Termen de predare: 14.10.2020

Titlu: "Impactul sinergetic de tratamente fizice combinate asupra comportamentului reologic al amidonului"

Abstract: În prezenta fază s-a urmărit îndeosebi posibilitatea de a combina iradierea cu electroni accelerați EA cu tratamentul cu plasmă P (descărcări electrice corona - DEC sau plasmă de radio-frecvență - RF) pentru modificarea amidonului nativ, cu evidențierea unui efect sinergetic al acestor tratamente combinate la nivelul comportamentului reologic al amidonului. Totodată, s-a urmărit și analiza și modelarea matematică a evoluției “doză-efect” din perspectiva vâscozității aparente a amidonului modificat prin tratamentele studiate.
Acțiunea combinată a iradierii cu EA și a tratamentului cu plasmă a produs modificări ale proprietăților amidonului nativ pentru aceeași doză de iradiere în comparație cu iradierea singulară cu EA. Astfel, studiul s-a axat pe investigarea și evaluarea comportamentului reologic al amidonului, în special a vâscozității aparente, și a efectului sinergetic al tratamentelor combinate aplicate pentru modificarea amidonului nativ comparativ cu iradierea cu EA.
Vâscozitatea aparentă a fost afectată după iradierea cu EA, cât și după aplicarea tratamentelor combinate, însă urmând modele de scădere exponențială diferite. Au fost astfel dezvoltate modelele matematice corespunzătoare pentru evoluția vâscozității aparente cu doza de iradiere pentru fiecare tratament investigat, cu care au fost estimate doza specifică de iradiere cu EA a amidonului nativ (DEA), doza specifică de iradiere pentru fracțiunea (f) afectată de plasmă (D) în cazul tratamentului P/EA, doza caracteristică de răspuns a amidonului iradiat, din fracțiunea (f) afectată de plasmă (DEA) în cazul tratamentului EA/P și fracțiunea (f) din granula de amidon afectată de plasmă.
Toate dozele obținute pentru tratamentele combinate au prezentat valori semnificativ mai mici comparativ cu doza medie caracteristică a amidonului nativ iradiat cu EA. Valorile diferite obținute pentru doza caracteristică de iradiere și fracția (f) afectată de plasmă, în cazul tratamentelor combinate, sugerează că plasma RF produce o sensibilizare mai mare a amidonului la iradiere cu EA față de DEC. Amidonul nativ odată iradiat răspunde relativ similar la expunerea în plasmă, indiferent de tipul acesteia.
Raportul sinergetic RS pentru fiecare doză de iradiere cu EA coroborat cu tratamentul cu plasmă, indiferent de secvența de aplicare a acestora, a arătat că tratamentele combinate EA cu plasmă determină un efect sinergetic. A fost demonstrat și că pretratarea cu plasmă a amidonului expus ulterior iradierii cu EA este mai eficientă în scăderea vîscozității aparente a amidonului de porumb decât iradierea cu EA și decât tratamentul combinat EA/P, cu utilizarea unei doze de iradiere mai mici decât în cazurile iradierii cu EA sau a tratamentului EA/P, pentru obținerea aceluiași efect asupra vâscozității aparente.

Abstract grafic:

F58


Faza nr. 59

Responsabil: Dr. B. Mitu

Termen de predare: 14.10.2020

Titlu: "Realizarea prin tehnici cu plasmă a unor structuri periodice relevante pentru aplicații în microaccelerare și caracterizarea acestora"

Abstract: Etapa de față a proiectului evidențiază capabilitățile de procesare cu plasmă reactivă la presiune joasă pentru obținerea unor structuri periodice cu relevanță pentru microaccelerarea de electroni. Pe de o parte, au fost sintetizate sfere de silica de dimensiune aproximativ 522 nm prin metoda Stober, iar pe de alta au fost achiziționate sfere de polistiren de 400 nm, ambele tipuri de materiale fiind ulterior autoasamblate prin acoperire spin coating în structuri monostrat cu periodificare controlată. Rezultatele obținute evidențiază posibilitatea corodării controlate a sferelor, dacă se utilizează atmosfera de plasă reactivă propice, generand în acest fel măști pe bază de litografie coloidală. Mai mult, prin corodarea alternativă a substratului, în condiții specifice, se pot obține pilari în substrat, mentinând dimensionalitatea dorită și ordonarea acestora, indusă de masca procesată. Tehnicile de procesare matematică pentru transformare Fourier a imaginilor de morfologie (SEM) și topografie (AFM) au completat pe cele de investigare experimentală a structurilor și susțin rezultatele obținute. În plus, am dovedit și posibilitatea obținerii de structuri ordonate tip fagure prin acoperirea măștii cu straturi metalice urmată de înlăturarea măștilor utilizate pentru procesare.

Abstract grafic:

F59