---

 

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
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

Aceasta etapa vizeaza atingerea obiectivului specific FED, fiind varful piramidei activitatilor din cadrul proiectului. In cadrul ei se va realiza un sistem optoelectronic cu control automat (feedback) care sa asigure procesarea materialelor sensibile la temperatura in conditii stabile si reproductibile, indiferent de variatiile perturbatoare ale mediului ambiant (presiune atmosferica, umiditatea relativa a aerului, concentratia O2 si N2, etc). Pentru realizarea sistemului se vor folosi rezultatele si concluziile furnizate in urma indeplinirii obiectivelor specifice din etapele anterioare (SPEC si MAT). Informatia de intrare va fi de natura opto-spectrala (intensitate optica pe un interval de lungimi de unda) si, printr-o bucla de reactie numerica sau analogica, vor fi ajustati unul sau mai multi parametri ai surselor de plasma rece la presiune atmosferica (cum ar fi puterea RF, frecventa de pulsare, debitul gazelor). De exemplu, considerand ca gradul de hidrofilie al unui material este dependent de concentratia gruparilor OH din volumul plasmei, atunci concentratia variabila de O2 sau vapori H2O din atmosfera va perturba procesul de tratare a suprafetei polimerice. Sistemul de control implementat va monitoriza intensitatea luminoasa a sistemului OH (A2S+ - X2P), cu capatul de banda la l = 306.3 nm si, prin intermediul buclei electronice de reactie, va reajusta permanent fluxul de oxigen injectat in plasma in sensul mentinerii constante a intensitatii luminoase monitorizate, deci si a concentratiei gruparilor OH. In acest mod se va obtine acelasi grad de hidrofilie pe intreaga suprafata polimerica tratata. Sistemul de control va putea fi programat pentru a abtine suprafetele polimerice cu gradient prederminat al proprietatilor de suprafata.