Descriere

CONTRACTUL DE FINANTARE NR. 319 PED din 03/08/2020

Cod depunere: PN-III-P2-2.1-PED-2019-2949

Coordonator (CO) - INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE DEZVOLTARE PENTRU FIZICA LASERILOR, PLASMEI SI RADIATIEI - INFLPR RA
Partener (P1) - INSTITUTUL DE STIINTE SPATIALE - FILIALA INFLPR

Fiecare etapă a evoluției omenirii a fost dominată de un material, începând cu epoca pietrei, urmată de cupru, alamă, fier, cărbune, oțel, petrol și epoca siliciului. Recent a avut loc o schimbare de paradigmă, iar importanța materialului a fost înlocuită de cea a dimensiunii sale, aparând epoca nanomaterialelor. Cel mai bun exemplu este carbonul, care poate fi obținut sub formă de fullerene, nanotuburi, grafene. Importanța nanomaterialelor a fost confirmata de premiile Nobel acordate în 1996 și 2010. S-a descoperit apoi că și alte materiale nanostructurate prezinta proprietăți interesante. Oxizii metalici refractari (RMO), au proprietăți chimice și fizice excelente care pot fi utilizate în fabricarea multor dispozitive. RMO pot exista și în compoziții substoichiometrice, precum și în diferite morfologii, cum ar fi nanoparticule, nanotuburi, nanopanglici, nanopelicule și nanobare, ceea ce crește numărul de aplicații. Datorită temperaturii lor mari de topire (> 2200 ºC) și a legăturilor puternice, este dificil să se obțină nanoparticule de înaltă calitate.

Each stage of mankind evolution was dominated by a material, starting with the Stone Age, then followed by Copper, Brass, Iron, Coal, Steel, Oil, and Silicon Age. A change of paradigm occurred recently and the dominant material was replaced by its size, opening the era of nanomaterials. The best example is carbon, which could be found as fullerenes, nanotubes, graphene, nanosheets and so forth. The importance of carbon nanomaterials was recognized by two Nobel prizes awarded in 1996 and 2010. It was soon discovered that other materials also exhibit very interesting properties as nanostructures. Refractory metal oxides (RMO) possess excellent chemical and physical properties. RMO can exist also in substoichiometric compositions as well as different morphologies, such as nanoparticles, nanotubes, nanobelts, nanosheets, and nanorods, with many applications. Because of their high melting temperatures (> 2200 ºC) and strong bonds it is difficult to obtain high quality nanoparticles.

Scopul proiectului este de a demonstra și valida o nouă metodă de sinteza a nanostructurilor RMO bazate pe un generator de plasmă cu microunde și interacției plasmei cu gazul ambiant. Spre deosebire de înțelegerea convențională, am descoperit în mod întâmplator că microundele pot fi absorbite, în condiții specifice, de firele metalice, care se vor încălzi, vaporiza și ioniza, formând o plasmă. Plasma în expansiune în contact cu oxigenul va forma nanoparticule de oxizi cristalini. Aplicăm metoda recent descoperită la depunerea de RMO, deoarece acestea sunt greu de sintetizat în faze cristaline prin tehnicile convenționale. Avantajele ei sunt costul, simplitatea, consumul redus de energie, eficiența și scalabilitatea. Prin controlul puterii microundelor și a parametrilor plasmei, vom produce nanoparticule cu o distribuție îngustă a dimensiunilor, stoichiometrie controlată și cristalinitate buna, cu multiple aplicații.

The scope of this project is to demonstrate and validate a new method for the synthesis of RMO nanostructures based on a microwave plasma generator and the plasma interaction with surrounding gas. Contrary to conventional wisdom, we serendipitously discovered that microwave radiation can, under specific conditions, be absorbed by metal wires, which will heat up, vaporize and then ionize, forming a plasma. The expanding plasma in contact with oxygen will form crystalline oxide nanoparticles. We want to apply the newly method on the synthesis of RMO since they are very difficult to be obtained in crystalline phases using conventional techniques. The advantages of our method are cost, simplicity, low energy consumption, efficiency and scalability. By controlling the microwave power and plasma parameters we will produce nanoparticles with a narrow size distribution, controlled stoichiometry and crystallinity state, which could be easily tailored for specific applications.