Contract de cercetare nr.: 72-225/2008
Conducator de proiect: Institutul National de Fizica Laserilor, Plasmei si Radiatiei
Director de proiect : Dr. Tomy Acsente, tomy@infim.ro
Institutii partenere in proiect
1. Institutul National de Fizica Laserilor, Plasmei si Radiatiei (INFLPR)
Laboratorul de Plasma de Temperatura Joasa
Grupul Procese in Plasma pentru Materiale Functionale si Suprafete
2. .Universitatea Alexandru Ioan Cuza Iasi (UAIC)
3. Universitatea Bucuresti (UB)
Obiective generale
Cercetarile propuse prin acest proiect se refera la dezvoltarea unor tehnici de procesare si de control al acestora pentru materialele sensibile la temperatura, mai specific a polimerilor, cu ajutorul plasmelor reci generate la presiune atmosferica. Conceptual, proiectul se bazeaza pe utilizarea metodelor opto-spectrale pentru realizarea controlului procesarii.
Proiectul urmareste implementarea unor metode spectroscopice de control dedicate tehnicilor de procesare cu plasma rece, la nivel micro si nano, a suprafetelor materialelor sensibile la temperatura.
Luand in considerare stadiul actual de cunoastere stiintifica a domeniului si, in corelatie cu gradul de dotare al echipelor de lucru, proiectul propune realizarea urmatoarelor obiective specifice concrete, realizabile si masurabile:
SPEC - Implementarea metodelor SPECtroscopice de emisie optica si de absorbtie laser pentru diagnosticarea plasmelor reci generate la presiune atmosferica;
MAT - Obtinerea de MATeriale polimerice cu proprietati de suprafata modificate (respectiv umectabilitate, biocompatibilitate) prin procesare cu plasma de presiune atmosferica;
FED - Realizarea unui sistem de control cu FEeDback, bazat pe masuratori spectrale, pentru tratarea optimizata si reproductibila a materialelor sensibile la temperatura.
Scurta descriere tehnica a proiectului:
Pentru aplicatii recente din domeniul nanomaterialelor, catalizei si biomaterialelor sunt necesare suprafete cu un control strict al gruparilor chimice functionale, rugozitatii, compozitiei chimice. Astfel de suprafete se pot obtine in plasma. Situatia ideala care asigura succesul si performanta in astfel de aplicatii este controlul fin al speciilor din plasma, din punct de vedere al numarului, distributiei energetice, distributiei spatiale si temporale.
Practica operarii surselor de plasma rece arata ca nivelul actual de utilizare este empiric si se bazeaza pe abordari fenomenologice care limiteaza aplicabilitatea in procesari de finete si reproductibile. Pentru rezolvarea problemelor de control fin al reactivitatii plasmei este necesara abordarea problemelor de diagnostica nu numai ca modalitate de investigare dar si ca modalitate de control.
Avand in vedere aceste aspecte, proiectul de fata urmareste implementarea unor metode care sa furnizeze rapid si corect informatii cantitative despre starea plasmei, cu focalizare pe plasmele reci la presiune atmosferica. Conceptia proiectului se fundamenteaza pe utilizarea metodelor opto-spectrale, urmand ca in final, pe baza experimentarii acestora, sa se selecteze o solutie pentru realizarea unui sistem de control precis al plasmei.
Metodele opto-spectrale abordate sunt:
- spectroscopia optica de emisie atomica si moleculara
- spectroscopia de absorbtie laser aplicata domeniului UV-VIS-IR apropiat
- spectroscopia de masa ca metoda complementa
Complexitatea problemelor provine din faptul ca plasma este un sistem multicomponent, caracterizat printr-o- multitudine de parametri (temperaturi, concentratii, functii de distributie) si deconvolutia rezultatelor experimentale, de regula integrale (incorporeaza in aceeasi valoare mai multe efecte), este extrem de dificila. In plus, corelarea intre continutul si distributia speciilor cu modificarile induse de plasma la substrat cresc gradul de dificultate al problemei. Pentru caracterizarea suprafetelor si filmelor subtiri vor fi efectuate masuratori de unghi de contact, spectroscopie IR cu transformata Fourier (FTIR), spectroscopie de fotoelectroni (XPS) si microscopie de forta atomica (AFM). Pentru realizarea de procesari se vor folosi polimeri cu potential in aplicatiile care conduc la produse cu valoare incorporata foarte mare (in medicina, biologie) : PET, PET+TiO2 si PVC. |
|
Competentele partenerilor: Conducatorul proiect, Institutul National de Fizica Laserilor, Plasmei si Radiatiei (CO, INFLPR) are competente in domeniul surselor tip jet de plasma rece cu functionare la presiune atmosferica, caracterizarea suprafetelor si filmelor subtiri. Partenerul Facultatea de Fizica - Universitatea Alexandru Ioan Cuza din Iasi (P1, UAIC) are competente in spectroscopia de absorbtie laser, utilizarea plasmei la modificarea suprafetelor si depunerea de filme subtiri polimerice. Partenerul Facultatea de Fizica – Universitatea Bucuresti (P2, UB) are competente in spectroscopia de emisie, modelarea spectrelor moleculare si in folosirea radiatiei coerente a laserilor pentru diagnostica.
Personal implicat in proiect
- CSI, CSII, profesori universitari - 6 persoane
- CSIII, CS, lectori - 10 persoane
- AC - 10 persoane (tineri cercetatori)
- Studenti - 0 persoane
- Personal tehnic - 4 persoane
Planul de realizare
Etapa I. Elaborarea sistemelor de investigare in asociere cu tipul de sursa si speciile urmarite
Termen: Februarie 2009
Etapa II A. Dezvoltarea de metode si tehnici specifice de masurare si procesare a datelor de spectroscopie de emisie si absorbtie in vederea caracterizarii plasmelor de presiune atmosferica utile in procesarea suprafetelor
Termen: Decembrie 2009
Etapa II B. Dezvoltarea de metode si tehnici specifice de masurare si procesare a datelor de spectroscopie de emisie si absorbtie in vederea caracterizarii plasmelor de presiune atmosferica utile in procesarea suprafetelor
Termen: 2010
Etapa III. Caracterizarea speciilor de interes pentru procesarea materialelor in plasmele de presiune atmosferica generate in gaze rare si amestecuri cu gaze moleculare prin metode opto - spectrale si de spectrometrie de masa
Termen: 2011
Aceasta etapa se adreseaza obiectivului specific SPEC, fiind elementul cheie pentru obtinerea unei harti complete a distributiei speciilor din plasmele de presiune atmosferica generate atat in gaze pure, cat si in amestecuri cu gaze moleculare, in diferite conditii de amestecuri, valori ale fluxurilor si puterii introduse in descarcari. Folosind sistemele implementate in etapele anterioare, se vor efectua masuratori de spectroscopie optica (de emisie si de absorbtie) cu rezolutie spatio-temporala, iar metodologiile de procesare a datelor experimentale vor conduce la determinarea distributiei de densitati a speciilor excitate, metastabile si pe nivele fundamentale. Pentru a acoperi intreaga tipologie de specii prezente in plasmele studiate, in aceasta etapa se va implementa un sistem de spectrometrie de masa, care va oferi informatii suplimentare despre componentele plasmei ce nu pot fi detectate prin metode opto-spectrale, si anume structuri poliatomice rezultate din descompunerea precursorilor si eventual reasocierea lor in faza gazoasa cu formarea de noi radicali. Utillizarea acelorasi metode pentru studiul tuturor surselor de plasma rece de presiune atmosferica din proiect permite interpretarea unitara si compararea comportarii speciilor in functie de tipul de excitare. Intrucat tratamentele suprafetelor sensibile la temperatura si depunerile prin polimerizare in plasma urmeaza a fi realizate in mediul ambiant, aceasta etapa este dedicata si studiului influentei mediului ambiant asupra functionarii surselor prin monitorarea speciilor caracteristice (de exemplu NO, OH). Rezultatele acestei evaluari constituie punctul de plecare pentru realizarea, in etapa finala, a unitatii de control al procesarii cu plasme de presiune atmosferica.
Etapa IV. Procesarea materialelor sensibile la temperatura cu surse de plasma la presiune atmosferica si corelarea proprietatilor de suprafata cu caracteristicile plasmelor
Termen: 2011
Etapa V. Realizarea unui sistem de control pe baza parametrilor spectrali pentru tratarea in conditii reproductibile si optimizate a materialelor sensibile la temperatura
Termen: 2011
