ID-ul Proiectului:
Numar contract : 47PCCDI/2018
Director de Proiect:
Dr. Victor Kuncser
Tipul proiectului: National
Finantare:
Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior si a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii, UEFISCDI
Contractor:

INSTITUTUL NATIONAL de CERCETARE-DEZVOLTARE pentru FIZICA MATERIALELOR, INCDFM - BUCURESTI

Status:
In progress

ABSTRACT PROIECT

Proiectul propune dezvoltarea de materiale nanocompozite complexe, constand in diverse matrice (polimerice, oxidice, intermetalice, lichide) functionalizate cu diverse adaosuri nanostructurate (forme alotrope ale carbonului,  nanoparticule magnetice cu diverse grade de organizare, nanostructuri semiconductoare, etc.), combinatia de faze oferind materialului nanocompozit hibrid o serie de proprietati unice, de inalt interes aplicativ. In acest context,  proiectul complex (format din 4 proiecte componente) vizeaza dezvoltarea, pe baza experientei anterioare a grupurilor de cercetare implicate, de noi tipuri de nanocompozite optimizate, care in final sa fie incluse in demonstratori sau produse finale transferabile catre operatorii economici care si-au manifestat deja intentia de preluare a rezultatelor . Proiectul va contribui direct atât la creşterea vizibilităţii naţionale/internaţionale a partenerilor implicaţi prin diseminarea şi valorificarea cunoştinţelor şi rezultatelor de impact, cât şi îmbunătăţirea performanţei instituţionale prin susţinerea şi dezvoltarea competenţelor şi capacităţilor ştiinţifice şi tehnice existente (personal şi infrastructură).

 

OBIECTIV PROIECT

Proiectul propune dezvoltarea de materiale nanocompozite complexe, constând în diverse matrici (polimerice, oxidice, intermetalice, lichide) funcționalizate cu diverse adaosuri nanostructurate (forme alotrope ale carbonului,  nanoparticule magnetice cu diverse grade de organizare, nanostructuri semiconductoare, etc.), combinația de faze oferind materialului nanocompozit hibrid o serie de proprietăți unice, de înalt interes aplicativ. Acest proiect complex format din 4 proiecte componente (Proiect 1: Nanocompozite polimerice functionalizate pentru aplicatii inovative avand ca parteneri INCDFM, CCSACBRNE si UVT; Proiect 2: Nanocompozite oxidice functionalizate pentru aplicatii de senzori, avand ca parteneri INCDFM, INFLPR, IMT si UNITBV; Proiect 3: Intermetalici nanocompoziti pentru magneti permanenti, avand ca parteneri INCDFM, INCDFT, UBB si UDJG si Proiect 4: Nanocompozite pe baza de nanoparticule magnetice dispersate pentru actuatori si senzori magnetici, avand ca parteneri INCDFM si ARFT) isi propune sa dezvolte, pe baza experientei anterioare a grupurilor de cercetare implicate, noi tipuri de nanocompozite optimizate, care in final sa fie incluse in demonstratori sau produse finale transferabile catre operatorii economici care si-au manifestat deja intentia de preluare a rezultatelor.

 

Proiect component 1: Nanocompozite polimerice functionalizate pentru aplicatii inovative

Proiect interdisciplinar ce vizeaza dezvoltarea de nanocompozite complexe pe baza de polimeri functionalizati cu diverse adaosuri nanostructurate (forme alotrope ale carbonului, nanoparticule magnetice din suspensii reologice, nanostructuri semiconductoare, etc.) cele din urma oferind materialului nanocompozit hibrid o serie de proprietati unice, de inalt interes aplicativ. Caracteristic proiectului este faptul ca nanocompozitul rezultant (prin intermediul materialului polimeric de baza) prezinta proprietati de elasticitate, care il fac corespunzator unor aplicatii specifice. Tipurile de sisteme considerate sunt: (i) Compozite polimerice bazate pe poliuree, ranforsate cu nanotuburi de carbon pentru tesaturi speciale, (ii) Materiale polimerice nanofibroase functionalizate pentru generare de sarcina prin efect triboelectric, (iii) Elastomeri magnetoreologici pe baza de cauciuc siliconic si membrane pe baza de tesaturi polimerice magnetic active pentru magneto-rezistori, condensatori si absorbanti de radiatie X/gamma controlati magnetic

Proiect component 2: Nanocompozite oxidice functionalizate pentru aplicatii de senzori

Proiectul este dedicat dezvoltarii unor materiale nanocompozite complexe, in care matricea, de natura oxidica, prezinta ea insasi proprietati specifice (semiconductoare, feroelectrice, magneto-optice, de material diluat magnetic prin defecte intrinseci), pentru ca apoi fiind functionalizata cu alte tipuri de nanostructuri sa dea nastere unor nanocompozite multifunctionale cu proprietati noi sau imbunatatite. Desi acestea pot fi folosite in aplicatii diverse, specific acestui proiect este focalizarea pe aplicatii senzoristice. Tipurile de sisteme considerate sunt: (i) Materiale nanocompozite vitroceramice fosfotelurice senzori de camp magnetice, (ii) Matrici de fotodetectori cu sensibilitate ridicata pe baza de nanocristale semiconductoare in sisteme oxidice, (iii) Senzori magneto-electrici pe baza de matrici feroelectrice cu nano-incluziuni magnetice, (iV) Structuri oxidice nanocompozite de tip oxid magnetic diluat cu nanoincluziuni magnetice pentru aplicatii de senzori. Realizarea acestor studii va conduce atat la rezultate de cercetare cat si la relansarea sau eficientizarea folosirii unor resurse materiale insuficient explorate.

Proiect component 3: Intermetalici nanocompoziti pentru magneti permanenti

Proiectul este dedicat dezvoltarii de noi materiale magnetice nanocompozite fara sau cu continut redus de pamanturi rare pentru magneti permanenti, cu potential de transfer la operatorii economici. Datorita importantei lor in industria electrotehnica (utilizarea acestora in morile eoliene, in motoare DC de mare putere, in imagistica prin rezonanta magnetica, dispozitive electronice, industria de larg consum, autovehicule) precum si datorita cresterii crescute a cererii de pamanturi rare simultan cu cresterea costului pamanturilor rare care intra in compozitie, cercetarile propuse pot avea un impact semnificativ in economie. In proiect sunt abordate 3 tipuri de materiale magnetice nanocompozite pentru realizarea de magneti permanenti utilizand metode de preparare neconventionale diferite si sinteze in conditii de neechilibru: (i) Magneti duri nanocompoziti cupleti prin interactii de schimb pe baza de (Fe-Mn)-(Pt, Al) cu capacitate de operare la temperaturi inalte si in medii corozive, (ii) Magneti duri nanocompoziti pe baza de Co-Zr-X (X= W, Mo, Cr, Fe), (iii) Magneti permanenti hibrizi cu stabilitate termica ridicata pe baza de MnBi-NdFeB

Proiect component 4: Nanocompozite pe baza de nanoparticule magnetice dispersate in medii lichide si solide pentru actuatie si senzoristica magnetica

Acest proiect interdisciplinar isi propune sa dezvolte 3 directii importante de cercetare privind materialele nanocompozite tip nanoparticule magnetice dispersate controlat in medii solide si lichide, urmarindu-se obtinerea de senzori si actuatori magnetici, cu proprietati imbunatatite. Prima directie vizeaza realizarea si testarea de materiale inovative ce vor fi utilizate pentru producerea de senzori magnetici ce au la baza efectul de magnetorezistenta gigant specific sistemelor de nanoparticule magnetice auto-asamblate in mod controlat. A doua directie de cercetare vizeaza compozitele pe baza de nanotuburi de carbon si nanoparticule de oxid de fier obtinute prin metoda hidrotermala, sisteme ce vor combina proprietatile speciale de conductie ale nanotuburilor de carbon cu proprietatile magnetice ale nanoparticulelor. A treia directie vizeaza utilizarea fluidelor in care sunt dispersate nanoparticule magnetice pentru realizarea procesului de actuatie magnetica in conditii speciale si anume pentru etansari rotitoare fara scapari in vid inalt.

Etapa 1 (decembrie 2018)

(I) Proiect component 1: 

Elaborarea strategiilor de fabricatie , caracterizare si testare de nanocompozite polimerice functionalizate pentru aplicatii inovative.

Proiectul propune dezvoltarea de materiale nanocompozite complexe, constand in diverse matrice (polimerice, oxidice, intermetalice, lichide) functionalizate cu diverse adaosuri nanostructurate (forme alotrope ale carbonului,  nanoparticule magnetice cu diverse grade de organizare, nanostructuri semiconductoare, etc.), combinatia de faze oferind materialului nanocompozit hibrid o serie de proprietati unice, de inalt interes aplicativ.

A fost stabilită tehnologia de sinteză a nanocompozitelor polimerice NCP (ranforsate cu nanotuburi de carbon) la nivel de laborator (fisa de tehnologie/schema flux tehnologic). Soluţia tehnică  oferita in cadrul proiectului constă dintr-un sistem bicomponent de tip poliuree pe bază de componente aromatice, sub formă de elastomer, ce a conţine  ca agent de ranforsare MWNT funcționalizat cu grupări de tip hidroxil (MWCNT–OH). Sistemul este format din (i) Componenta A (prepolimer de tip diizocianat – MDI) si Componenta B (Polieteramine (60-90%); Dietil-toluen-diamina (7-20%); Aditivi (stabilizatori UV, antioxidanţi şi pigmenţi); MWCNT-OH).

Dispozitivele de tip nanogenerator triboelectric au la baza efectul de incarcare electrostatica prin contact mecanic intre doua materiale diferite. Predispozitia materialelor de a ceda sau a primi sarcini astfel poate fi masurata experimental, obtinandu-se o serie triboelectrica. Pentru a obtine un efect triboelectric puternic si, implicit, o eficienta crescuta a nanogeneratorului, este necesar ca cele doua materiale sa aiba pozitii relative cat mai departate in acea serie, adica unul sa fie cat mai electronegativ, iar celalalt cat mai electropozitiv. Pentru a crea nanogeneratoare pe baza de fibre polimerice electrofilate, pe langa considerentele legate de procesul de electrofilare pe cadru (solubilitatea polimerului, rezistenta mecanica) si de biocompatibilitate, alegerea materialelor trebuie sa tina cont si de acest aspect. Ca urmare a studiului de literatura si a experimentelor, materialele alese au fost Nylon 6,6 si PMMA (2 fise de material/retete si o tehnologie de electrofilare).

Eficienta unui dispozitiv de generare de sarcina prin triboelectrificare depinde de tipurile de material folosite in constructia sa, dar si de suprafata de contact dintre acestea. Asigurarea unei suprafete de contact cat mai mare duce la generarea unei densitati de sarcina mai mari, astfel incat mai multa energie poate fi colectata. Straturile de fibre polimerice electrofilate prezinta implicit o suprafata specifica foarte mare, dar este necesara determinarea suprafetei de contact disponibile in functie de alti parametri ai stratului. Aceasta poate fi corelata cu rugozitatea de suprafata a stratului, o caracteristica de material masurata de obicei prin metode de contact, care nu sunt compatibile cu morfologia si proprietatile mecanice ale fibrelor electrofilate. In cadrul proiectului a fost realizat un model numeric pentru estimarea rugozitatii de suprafata a straturilor electrofilate, in functie de transmisia optica si diametrul fibrelor.

S-a evidentiat faptul ca se pot prepara produse inovative de tipul elastomeri magnetoreologici (MREs) pe baza de cauciuc siliconic si suspensii magnetoreologice (MRSs), cu proprietati rezistive respectiv magnetodielectrice comandabile in camp magnetic, destinate realizarii de elemente pasive de circuit electric si absorbanti de unde electromagnetice, sau realizarii de senzori de presiune, temperatura si camp magnetic. Au fdost elaborate 2 produse MRE (cu 2 fise de produs/retete asociate): (i) elastomer magnetoreologic din cauciuc siliconic si suspensie magnetoreologica, pe baza de microparticule de nanocarbonil de fier in amestec cu ulei siliconic,   absorbita in burete spongios si (ii) elastomer magnetoreologic din cauciuc siliconic si suspensie magnetoreologica pe baza de microparticule de nanocarbonil de fier in amestec cu nanoparticule de grafen si ulei siliconic,  absorbita in laveta pe baza din microfibre.

De asemenea au fost realizate 3 produse (cu raportarea tehnologiilor/retetelor asociate) tip tesaturi magnetic active (TMA), constand in introducerea de nano-microparticule in firul textil, in care proprietatile fizice pot fi controlate in camp magnetic. In cercetarea prezenta manufacturarea TMA s-a realizat prin imbibarea testurii de bumbac si microfibre, cu suspensie magnetoreologica. Pentru ca suspensia sa nu se spele de pe tesatura, TMA astfel obtnuta este acoperita cu cauciuc siliconic, obtinandu-se astfel TMA cu elasticitate ridicata.

In cadrul proiectului component 1 au fost livrate produse si tehnologii conform fiselor urmatoare:

 

(II) Proiect component 2:

Elaborarea strategiilor de fabricatie , caracterizare si testare de nanocompozite oxidice functionalizate pentru aplicatii inovative.

Au fost preparate diverse sticle fosfotelurice, cu continut variabil de Te. Sticlele au fost preparate prin metoda neconventionala pe cale umeda si apoi au fost supuse unor investigatii complexe (optice, structurale, magnetice si magneto-optice) in vederea stabilirii performantelor cerute de aplicatiile magneto-optice si investigarii mecanismelor electronice raspunzatoare de acestea. Au fost elaborate 2 baze de date (documentare si retete de preparare utilizate), o fisa de flux tehnologic si o fisa de produs.

Au fost  preparate filme continand nanocristale (NC) de Ge imersate in matrice de SiO2 si de TiO2. Structurile au fost depuse prin pulverizare cu magnetron, pe substrat de Si oxidat uscat (SiO2/Si), obtinandu-se un strat tampon (buffer) de SiO2 dens, urmat de tratament termic rapid ulterior, pentru nanostructurarea Ge. Filmele de NC Ge-SiO2 contin NC Ge cu dimensiuni de 5-8 nm imersate in matricea amorfa de SiO2. Investigarea proprietatilor electrice la intuneric (curbele I-V si I-T) arata ca filmele au comportament redresor si mecanismul de conductie este de activare termica pe stari extinse cu energie de activare de ~0.34 eV la temperatura ridicata, sugerand ca transportul se realizeaza pe sistemul de NC Ge. Caracteristicile I-V masurate sub iluminare cu lumina alba si respectiv cu lumina monocromatica arata ca aceste filme depuse la temperatura camerei sunt putin sensible, pe cand cele depuse pe substrat incalzit la 400 oC sunt fotosensibile cu sensitivitate ridicata, astfel diferenta dintre fotocurent If si curentul de intuneric Iint este de 1 ordin de marime. Concluzia principala a fost ca incalzirea substratului in timpul depunerii este o solutie pentru imbunatatirea fotoconductiei filmelor. Curbele spectrale de fotocurent masurate pe filmele de NC Ge-TiO2 au limita de la lungimi de unda mari la ~1250 nm pentru tensiunea de polarizare de 1,5 V, sugerand (ca si in cazul filmelor de NC Ge-SiO2) contributia NC Ge. Curbele prezinta 2 maxime pozitionate la lungimile de unda λ=1100 si 930 nm in NIR, pe care le atribuim contributiei substratului de Si prin efect de cuplaj, si anume efect fotovoltaic de suprafata si efect de poarta, si respectiv fotoefectelor in filmul de NC Ge-TiO2 . S-au obtinute produse test pentru matrici de fotodetectori pe baza de NC de Ge in oxizi de tipul SiO2 si TiO2 (2 fise de produs) si s-a elaborat un flux de proiectare masti fotolitografice.

Au fost preparate probe multistrat de tipul Pb(Zr0.2Zr0.8)O3/0,7BaTiO3-0,3Co0.5Zn0.5Fe2O4/ Pb(Zr0.2Zr0.8)O3/ SrRuO3(20nm)/SrTiO3(100) in care Pb(Zr0.2Zr0.8)O3 (PZT) este materialul dielectric iar nanostructurile de tip core-shell 0,7BaTiO3-0,3Co0.5Zn0.5Fe2O4 (BT@CZFO) au proprietati feromagnetice, fiind elaborata si reteta schema de flux tehnologic/reteta de obtinere a lor. Depunerea straturilor s-a facut  prin metoda PLD-MAPLE. Sistemele au fost caracterizate din punct de vedere morfo-structural prin AFM si XRD, urmand ca in urmatoarea etapa sa fie investigate din punct de vedere magneto-electric.

S-au efectuat testari privind metodele cele mai convenabile de preparare a structurilor oxidice nanocompozite tip oxid magnetic diluat (ZnO sau TiO2) cu nanoincluziuni magnetice pentru aplicatii de senzori magnetici, aratandu-se avantajul metodei de descompunere termica a propionatului de Zn in obtinerea pulberii de ZnO. Pulberea obtinuta prin descompunerea termica a propionatului de Zn a fost tratata termic timp de aproximativ 20 min la 400°C (temperatura maxima la care se mai poate obtine dimensiunea de particola sub 30 nm ). Nanoparticulele de ZnO formate au prezentat structura de wurtzit (dovedita prin XRD) si dimensiuni intre 20 si 30 nm, depinzand de viteza de incalzire (s-au obtinut 2 probe produse in conditii diferite).

Proprietatile pulberilor nedopate astfel obtinute au fost investigate prin masuratori de fotoluminiscenta si magnetice. In plus, pulberile au fost testate in raport cu aceste proprietati si in urma doparii cu ioni ai metalelor de tranzitie (MT). In acest scop au fost raportate procedee de obtinere si caracteristici de luminiscenta si magnetice pe nanopulberi de ZnO dopate cu diverse cantitati de Ni si respectiv Fe  (5 probe).

In cadrul proiectului component 2 au fost livrate baze de date, produse si tehnologii conform fiselor urmatoare:

Baza de date: Documentatie pentru sticle teluriceBaza de date sticle teluritice_documentatie

Baza de date: Retete de preparare sticle fosfoteluriceBaza de date_retete preparare sticle fosfotelurice

Fisa produs: Sticle fosfotelurice cu oxid de zinc Fisa_produs_sticle_fosfatoteluritice_cu_oxid_de_zinc

Fisa schema tehnologica: Schema tehnologica pentru obtinere sticle telurice  Fisa schema flux tehnologic obtinere sticle teluritice

Fisa produs: Filme nanocristaline Ge-SiO2 Fisa produs NCGe_SiO2

Fisa produs: Filme nanocristaline Ge-TiO2 Fisa produs NCGe_TiO2

Fisa produs/reteta: Nanocompozite pe baza de nanoclusteri de ZnO cu incluziuni magnetice Fisa produs reteta nanocompozite pe baza de nanoclusteri de ZnO cu incluziuni magnetice

Fisa produs/reteta: Reteta obtinere nanostructuri ZnO nedopat  Fisa produs reteta obtinere nanostrructuri ZnO nedopat

(III) Proiect component 3:

Elaborarea strategiilor de fabricatie, caracterizare si testare a nanocompozitelor pentru magneti permanenti cu continut redus sau fara pamanturi rare.

S-a gasit o  tehnologie pentru obtinerea unei cantitati mari de faza magnetica dura L10 de tip FePt necesara pentru obtinerea de magneti permanenti fara pamanturi rare care functioneaza eficient la temperaturi ridicate si in mediu coroziv. Aceasta tehnologie (fisa tehnologie) este bazata pe obtinerea de compozite macinate si tratamente termice succesive in flux de argon. Prin ajustarea parametrilor de macinare (timp, frecventa, raport pulbere/sfere), temperaturilor si duratei tratamentului termic si a compozitiilor de pornire s-a obtinut o puritate ridicata de faza cu proprietati hard magnetice foarte bune.     S-au obtinut prin topire in arc electric aliaje de tip Zr18Co77Cr3X2 (X = C, B, Mo) in care s-a urmarit stabilizarea fazei Zr2Co11 cu structura ne-cubica ce prezinta anizotropie magnetica ridicata prin substitutia de pana la 5% elemente de aliere: C, B, Mo. Substitutia cu Mo, elementul cu cea mai mare raza atomica din cele alese, duce la aparitia fazei romboedrale Zr2Co11, cu proprietati magnetice dure (fisa produs). Deformarea severa a esantioanelor topite in arc electric duce la diminuarea fazei dure si cresterea fazei magnetice moi Zr6Co23 cu structura cubica in Zr18Co77Cr3Mo2, in timp ce in aliajul fara substitutii Zr13Co87 deformarea severa duce la aparitia fazei cu proprietati magnetice dure. Aceste aliaje sunt foarte promitatoare privind obtinerea de magneti permanenti fara pamanturi rare. S-au stabilit setup-ul experimental (procedura) si parametrii necesari deformarii severe a esantioanelor Zr-Co-X in vederea imbunatatirii proprietatilor magnetice dure. Cheia procesului de deformare plastica severa de torsiune la presiune inalta cu viteza mare (HSHPT), este deformarea plastica simultana prin torsiune si presiune a materialului. Acest lucru se desfasoara la o temperatura suficient de mare pentru ca deformarea plastica să se produca. Procesul de deformare are loc intre un poanson superior in mișcare de rotatie si un poanson inferior care nu se rotește dar care se deplaseaza pe verticala sub actiunea unei forte care sa determine in esantioane o presiune de ordinul GPa. In urma testelor s-a ajuns la urmatoarele concluzii: forta aplicata pe poansonul inferior sa fie in jur de 40 kN, viteza de rotatie a poansonului superior sa fie in jur de 1800 rpm. Aplicarea fortei se va face pe cel putin trei paliere intermediare, respectiv 10, 20 si 30 kN, pentru ca incalzirea sa se faca mai lent si sa se evite fragilizarea avansata in timpul procedurii. Pentru aliajul Zr18Co77Cr3Mo2 forta nu va depasi 20 kN.

O alta metoda de preparare a fazei magnetice dure Zr2Co11 a presupus-o macinarea in moara planetara cu bile a pulberilor constituente in vederea alierii Zr si Co urmata de tratamente termice in vid. In urma tratamentelor termice, pe langa faza ortorombica Co11Zr2, favorizata in probele cu exces de Co, sunt prezente si alte faze din sistemul Co-Zr. In urma tratamentului termic coercivitatea probelor creste putin, in timp ce magnetizarea la saturatie scade. Pe de alta parte, datorita cresterii coercivitatii se observa o usoara crestere a magnetizarii remanente, fapt ce poate fi atribuit formarii fazei magnetice Co11Zr2 in urma tratamentului termic. Totusi, coercivitatea si magnetizarea remanenta au valori mici, stabilizarea structurii Co11Zr2 fiind cheia in imbunatatirea proprietatilor magnetice.

Un alt sistem de interes pentru obtinerea de magneti permanenti fara pamanturi rare l-a reprezentat sistemul Mn-Bi avand compozitia aproape echiatomica fiind reprezentat de faza cristalina de temperaturi joase (LPT) cu structura hexagonala de tip NiAs ce prezinta o anizotropie cristalina mare si o valoare pozitiva a coeficientului de temperatura a coercitivitatii. Aceasta faza s-a obtinut prin topire in arc electric urmata de solifidicare ultrarapida pe tambur rotitor (fisa tehnologie). Grosimea si latimea benzilor se poate regla prin dimensiunea duzei de evacuare si prin valoarea presiunii de evacuare in instalatia de solidificare ultrarapida. Benzile cu structura amorfa sau partial amorfa au fost supuse unui tratament termic in vederea transformarii controlate în faza LPT cu structura cristalina si procentaj cât mai mare. Tratamentul termic optim (20 h la 300 °C) al benzilor de Mn-Bi a dus la o crestere semnificativa a valorii magnetizarii de saturatie de la 3 la 69.4 emu/g pentru benzi Mn51Bi49 prezentand o o distributie uniforma a fazei α-MnBi si o granulatie de aproximativ 10 nm. In total pentru proiectul component 3 au fost elaborate aproximativ 20 compozitii test, s-au elaborat 2 fise tehnologie pentru compozite magnetice L10 Fe-Pt si benzi Mn-Bi, 1 fisa produs pentru Zr-Co cu subtitutie de Mo si 1 fisa produs pentru Zr-Co fara substitutii precum si proceduri de deformare severa pentru imbunatatirea proprietatilor de magnet dur si alte retete si proceduri de preparare

In cadrul proiectului component 3 au fost livrate produse si tehnologii conform fiselor urmatoare:

Fisa tehnologie: Tehnologie de obtinere material pe baza de faza magnetica dura L10 prin macinare mecanica si tratamente termice succesive Fisa tehnologie Fe_Pt compozite macinate

Fisa produs: Materiale magnetice pentru magneti permanenti de energie medie fara adaos de pamanturi rare: Zr13Co87 sub forma masiva Fisa produs ZrCo

Fisa produs: Materiale magnetice pentru magneti permanenti de energie medie fara adaos de pamanturi rare: Zr18Co77Cr3Mo2 sub forma masiva Fisa produs CrMo

Fisa tehnologie: Tehnologie preparare aliaje Mn100-xBix (x = 48 ÷ 52 % at.) cu procent ridicat de faza de temperatura joasa de interes (LPT) Fisa tehnologie obtinere aliaj Mn Bi

 

(IV) Proiect component 4:

Stabilirea compozitiilor si a strategiilor de obtinere a nanoparticulelor magnetice dispersate pentru actuatori si senzori magnetici. Preparari preliminare de nanoparticule de Fe2O3, Fe3O4, aliaje Fe-(Au.Ag) nanogranulare si nanocompozite bazate pe nanotuburi de carbon si Fe2O3 si de nanofluide cu magnetizare ridicata. 

In vederea prepararii preliminare a compozitelor bazate pe Fe2O3 si DWNTs au fost adoptate doua metode de siteza si anume sinteza hidrotermala si interactia mecano-chimica a celor doua entitati. Materialele compozite obtinute (5 probe si reteta de obtinere) au fost caracterizate prin spectroscopie Raman, microscopie electronica de baleiaj (SEM), difractie de raze X si magnetometrie SQUID. S-a aratat ca atat metoda hidrotermala cat si interactia mecano-chimica a Fe2O3 cu DWNT conduce la compozite de Fe2O3 /DWNT caracterizate printr-o stare de dezordine ridicata care este indusa retelei grafitice a nanotuburilor de carbon ca o consecinta a asamblarii particulelor de Fe2O3 pe suprafata DWNTs. Gradul de asamblare a nanoparticulelor magnetice depinde de metoda de preparare si concentratia de nanoparticule si influenteaza proprietatile optice si magnetice ale nanocompozitului.

Iin urma selectiei precursorilor metalici si a optimizarii parametrilor de sinteza (fisa de produs/reteta de obtinere), s-au efectuat sinteze de nanoparticule metalice FePt. S-au obtinut pe cale chimica 2 tipuri de nanoparticule bimetalice de FePt, cu stoichiometrii quasi-echiatomice, cu forme relativ diferite.Sistemele au fost caracterizate din punct de vedere morfo-structural si magnetic. S-a aratat  ca varierea unui parametru compozitional, in speta cantitatea de acid oleic, poate conduce la forme si dimensiuni relativ diferite ale nanoparticulelor individuale, sistemele prezentand in acest stadiu caractere soft-magnetice.

Au fost preparate filme subtiri intermetalice de Fe-Au (2 probe) si respectiv FeCo-Ag (4 probe), pe substrat de Si (001)   prin magneton  sputtering folosind o instalatia de depunere cu 4 tinte (fisa de produs/reteta obtinere). Filmele, de compozitii si grosimi diferite, au fost analizat morfo-structural, din punct de vedere magnetic (SQUID si MOKE vectorial) si in raport cu fenomene specifice de magneto-conductie. In cazul probelor de Fe-Au (de aceeasi grosime de ~80nm, compozitii diferite) s-a demonstrat formarea de clusteri de Fe (~3nm) in matricea nanocristalina de Au, dispusi fie aleator, fie in formatiuni lamelare, perpendiculare pe substrat. Gradul de organizare a impus specificitati ale comportamentului magnetic si de magneto-conductie. In cazul filmelor de FeCo-Ag, clusterii de FeCo au o mai mare tendinta de autoorganizare decat in Fe-Au.

Au fost preparate 5 tipuri de nanofluide magnetice pe baza de apa cu stabilizare sterica cu acid oleic (OA), acid miristic (MA) si acid lauric (LA), printr-un procedeu in doua etape. In cazul stabilizarii cu OA s-a reusit dispersarea de nasnoparticule magnetice la concentratie moderata (MF3, 123Gs) precum si la concentratie inalta, MF1 si MF2 cu magnetizari de saturatie de 723Gs si 584Gs respectiv. Au fost studiate proprietatile magnetice, reologice si magneto-reologice ale nanofluidelor. Curbele de magnetizare au fost prelucrate prin magneto-granulometrie si astfel au fost determinate distributiile dimensionale ale diametrului magnetic al nanoparticulelor din cele 5 probe de lichid magnetic. Efectul magnetovascos (MV) manifestat de probele MF1 si MF2 prezinta o saturatie la valori mari ale inductiei campului magnetic. In cazul probei MF1 dependenta efectului MV de viteza de forfecare este nesemnificativa, in schimb pentru proba MF2 efectul scade la intensificarea forfecarii. Diferentele observate atat in ce priveste efectul magnetovascos cat si efectul shear thinning la cele doua probe cu magnetizatie de saturatie ridicata (MF1 si MF2) semnifica rolul deosebit al unor aglomerate preexistente.

In cadrul proiectului component 4 au fost livrate produse si retete de preparare conform fiselor urmatoare:

Fisa de produs/reteta de obtinere pentru nanoparticule Fe-Pt cu dimensiuni controlate Fisa produs_retete obtinere NP Fe-Pt cu dimensiuni controlate

Fisa de produs/ reteta de obtinere pentru filme nanoglobulare Fe-Au(Ag)       Fisa produs_retete obtinere filme nanoglobulare Fe-Au_Ag

Fisa material/ reteta obtinere compozit oxid de fier-DWCT Fisa materiale si reteta obtinere compozit oxid de fier-DWCT

Fisa de produs/ reteta de preparare nanofluide cu magnetizare ridicata Fisa de produs_reteta de preparare nanofluide cu magnetizare ridicata

 

Raportul stiintific si tehnic ce cuprinde descrierea stiintifica si tehnica pentru Etapa 1 (an 2018) pentru proiectul complex ce cuprinde cele 4 proiecte componente: RST_final_Etapa_I_2018_proiect_47PCCDI_Kuncser

Anda-Elena Stanciu a desfasurat programul doctoral si va sustine teza intitulata

" Structuri necoliniare de spin si fenomene de transport electronic asociate"

in decembrie 2018

Etapa 1 (2018)

PUBLICATIONS:

  1. "On the relaxation time of interacting superparamagnetic nanoparticles and implications in magnetic fluid hyperthermia", Iacob Nicusor, Kuncser Andrei, Comanescu Cezar, Schinteie Gabriel, Kuncser Victor Eugen, trimisa la publicare la Beilstein Journal of Nanotechnology (2018)
  2. "Complex exchange coupling mechanisms in SRO/BFO/Fe heterostructures",  Greculeasa Simona, Schinteie Gabriel, Hrib Luminita
    , Stancu Viorica, Pasuk Iuliana, Kuncser Andrei, Kuncser Victor Eugen, Journal of Alloys and Compounds, 773(2019) 338-345
  3. "Magneto-optical properties of Ce3+ and Tb3+-doped silico-phosphate sol-gel thin films",  Stefan Raluca, Elisa Mihail, Vasiliu Ileana Cristina, Sava Bogdan, Boroica Lucica, Sofronie Mihaela, Tolea Felicia, Enculescu Monica
    , Kuncser Victor Eugen, Neldiceanu Anca Maria, Volceanov Adrian, Eftimie Mihai Alexandru, Applied Surface Science, 448(2018) 474-480
  4. "Theoretical investigation of the structural, optical and magnetic properties of Mn doped and (Mn, Cr) co-doped CdS in its cubic structure", Aimouch D.E., Meskine S., Birsan Ancuta, Kuncser Victor Eugen, Zaoui A., Boukortt A., Materials Chemistry and Physics, 213(2018) 249-258
  5.  "Synthesis and Mechanical Properties of Polyurea-Based Hybrid Composites for Ballistic Individual Protection", Petre Razvan, Zecheru Teodora, Petrea Nicoleta, Ginghină Raluca, Sandu Simona, Muresan Mihaela, Matache Liviu Cristian, Sava Alin Constantin, Neatu Florentina, Revista de Materiale Plastice, 53(2018) 315-319
  6.  "Effect of Spark Plasma Sintering on the Interphase Exchange Coupling in SmCo5+20wt% α-Fe Hard-Soft Magnetic Nanocomposites", Hirian Razvan
    Neamtu B.V., Ferenczi A., Isnard Olivier, Chicinas I., Viorel Pop, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, (2018) in evaluare
  7.  "Structural and Magnetic Properties of Ferromagnetic Co-Zr alloys Obtained by Mechanical Alloying", Hirian Razvan, Valeanu Mihaela,
    Tolea Felicia, Palade Petru, Viorel Pop, Studia UBB Physica (2018), in evaluare
  8.  "Thermal, structural, magnetic and magneto-optical peculiarities of dysprosium-doped phosphate glass", Elisa Mihail, Stefan Raluca, Vasiliu Ileana Cristina, Rusu MI, Sava Bogdan, Boroica Lucica, Sofronie Mihaela
    Kuncser Victor Eugen, Galca Aurelian, Beldicianu Anca Maria, Volceanov Adrian, Eftimie Mihai Alexandru, International Journal of Applied Glass Science (2018), in evaluare
  9.  "Hybrid magnetorheological suspension: effects of magnetic field on the relative dielectric permittivity and viscosity", Bica Ioan, Anitas Eugen
    , Chirigiu L, Daniela C, Chirigiu L.M.E., Colloyd and Polymer Science, 296 (2018) 1373-1378
  10.  "Effect of magnetic field intensity and γ-Fe2O3nanoparticle additive on electrical conductivity and viscosity of magnetorheological carbonyl iron suspension-based membranes" , Bica Ioan, Anitas Eugen, Lu Q, Choi H.J., Smart Materials and Structures, 27(9) (2018) 095021
  11.  "Magnetodielectric effects in membranes based on magnetorheological bio-suspensions", Bica Ioan, Anitas Eugen, Materials & Design 155 (2018) 317-324
  12.  "Magnetic field intensity effect on electrical conductivity of magnetorheological biosuspensions based on honey, turmeric and carbonyl iron", Bica Ioan, Anitas Eugen, Journal of Industrial and Engineering Chemistry 64(2018) 276-283
  13.  "Magnetic flux density effect on electrical properties and visco-elastic state of magnetoactive tissues", Bica Ioan, Anitas Eugen, Composites Part B: Engineering, 159(2019) 13-19
  14.  "Influence of magnetic field on the electrical properties of membranes based on magnetorheological bio-suspensions" , Bica Ioan, Romanian Journal of Physics  (2018) acceptat
  15.  "Magnetorheological bio-suspensions membranes: Influence of magnetic flux density on the electrical conductivity and relative dielectric permittivity", Bica Ioan, Journal of Physics: Conference Series (JPCS) (2018), acceptat
  16.  "Effect of Cr, C, B and Mo substitutions on the structure and magnetic properties of Zr-Co Rare-Earth-free magnetic alloy", Tolea Felicia,
    Palade Petru, Sofronie Mihaela, Popescu Bogdan, Kuncser Victor Eugen, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (MSE) (2018), acceptat
  17.  "Tuning the magnetorheological response of ferrofluids by composition" Susan-Resiga Daniela, Socoliuc Vlad Mircea, Bunge Alexander, Turcu Rodica, Vekas Ladislau, Smart Materials and Structures (2018), in evaluare

 

CONFERENCES:

  1.  “ Effect of Short Time Annealing at Fe α/γ transition on the Microstructure of Milled Nd2Fe14B+10wt%α-Fe Magnetic Nanocomposites”, R. Hirian, O. Isnard and V. Pop, ISMANAM 2018, 2-6 Iulie 2018, Roma, Italia (prezentare poster).
  2.  “Structural and Magnetic Proprieties of L10 Mn50Ni50-xAlx Alloys”, R. Hirian, A. Mercea, R. Gavrea, O. Isnard and V. PopJEMS 2018, 3-7 Septembrie 2018, Mainz, Germania (prezentare poster).
  3. “Effect of Spark Plasma Sintering on the Interphase Exchange Coupling in Nd2Fe14B + 10wt% α-Fe Magnetic Nanocomposites”,R. Hirian, B. V. Neamţu , J. M. Le Breton, O. Isnard, I. Chicinaş and V. Pop, Materiaux 2018, 19-23 Noiembrie 2018, Strasbourg, Franta, (prezentare poster).
  4. “Proprietes magnetiques de la phase τ de Mn-Al par dopage avec Ni, Ti, Cr et V”Radu Gavrea, Diana Benea, Razvan Hirian, Marin Coldea, Olivier Isnard, Viorel Pop, Materiaux 2018, 19-23 Noiembrie 2018, Strasbourg, Franta, (prezentare orală).
  5. "Main concerns related to the magnetic activation of nanoparticulates systems for bio-medical applications" V.Kuncser, RADIOMAG Annual Action Progress Conference & MC meeting,  Timisoara, Romania(22sd-23rd March)
  6. "Magnetism and magneto-optical effects in rare-earth based amorphous-like compounds", V. Kuncser, G. Schinteie, N. Iacob, A. Stanciu, 2nd INTERNATIONAL WORKSHOP ON MAGNETIC MATERIALS AND NANOMATERIALS, October1-4, 2018, Boumerdes - Algeria
  7. "Specific magnetism and magneto-functionalities in amorphous RE-TM thin films", V. Kuncser, N.Iacob, G.Schinteie, P.Palade, A.Catrina, A.Stanciu, International workshop on Advances in Nanomaterials , September 17-19, 2018, NIMP  Magurele , Romania
  8. "Microstructure  and metallurgical phase composition in Fe containing intermetallics by Mössbauer Spectroscopy", V. Kuncser, G. Filoti, P. Palade, G. Schinteie, S. Greculeasa, A. Stanciu, C. Locovei, A .Leca,  F. Tolea,  M. Sofronie, M. Valeanu 8 th INTERNATIONAL CONFERENCE ON MATERIAL SCIENCE & ENGINEERING; OCTOBER 11-13, 2018, Universitatea Dunarea de Jos, Galati
  9.  "Magnetic properties of CoFeZrSi compound: First Principle investigations" (poster), A. Birsan, IBWAP 2018, Constanta, Romania
  10.  "The effect of interfacial distortions on the half-metallic properties in quaternary Heusler compounds" (poster), A. Birsan, IBWAP 2018, Constanta, Romania
  11.  "Magnetic fluid hyperthermia related issues by numerical simulations using dedicated softwares" (poster), N. Iacob, A. Kuncser, V. Kuncser, IBWAP 2018, Constanta, Romania
  12. "Effect of Cr, C, B and Mo substitutions on the structure and magnetic properties of Zr-Co Rare-Earth-free magnetic alloy" (Poster), F. Tolea, P. Palade, M. Sofronie, B. Popescu, M. Valeanu, V. Kuncser, 8 th INTERNATIONAL CONFERENCE ON MATERIAL SCIENCE & ENGINEERING; OCTOBER 11-13, 2018, Universitatea Dunarea de Jos, Galati 
  13. “Mn influence on phase evolution in FePt-based compounds”, O. Crisan, F. Vasiliu, I. Mercioniu, C. Bartha, A.D. Crisan, XIV International Conference on Nanostructured Materials, NANO 2018, Hong Kong, comunicare orala
  14.  “Low-Temperature Formation of MAX Phases of 211 and 312 Symmetry in Cr-Al-C and Ti-Si-C Carbide Ternary Compounds”, O. Crisan, European Advanced Materials Congress EAMC 2018, Stockholm, Suedia, lectie invitata
  15. “Novel L10-based Nanocomposite Magnetic Materials”, O. Crisan, P. Palade, F. Vasiliu, I. Mercioniu, A.D. Crisan, 4th International Conference on Smart Materials Research ICSMR2018, Sydney, Australia
  16. "Thermal analysis and microstructure of oxide dispersion strengthened ferritic steels produced by    ball milling with different amounts of process control agent", V. Mihalache, I. Mercioniu, G. Aldica, (poster), Simpoziumul international ESTAC12, 27-30 August 2018, Brasov, Romania
  17.  "Properties of nanostructured CeO2 prepared from sol-gel derived precursors in different heat treatment conditions", V. Mihalache, C. Negrila, I. Pasuk  (poster), Simpoziumul international ESTAC12, 27-30 August 2018, Brasov, Romania
  18.  "Magnetorheological bio-suspensions membranes: Influence of magnetic flux density on the electrical conductivity and relative dielectric permittivity", (poster), I. Bica, International Conference on Mathematical Modeling in Physical Sciences, August 27-31, 2018, Moscow, Russia
  19.  "Shielding effectivenesss of some magnetic elastomer membranes", (poster), C. N. Marin, I. Malaescu, I. Bica, M. Bunoiu, G. Pascu, Physics Conference TIM-18, Timisoara, May 25-27, 2018, API P-18
  20.  "Planar capacitors with electrically capacitance controlled by the magnetic field", (poster), M. Bunoiu, I. Bica, I. Malaescu, C. N. Marin, M. Lungu, G. Pascu,Physics Conference TIM-18, Timisoara, May 25-27, 2018, API P-19
  21.  "From ferrofluids to magneto-responsive nanocomposites and magnetorheological suspensions: tuning properties to applications”, L. Vekas, 11th International Conference on Colloid Chemistry, 28-30 May, 2018, Eger, Ungaria; keynote lecture
  22.  "High magnetization water-based ferrofluids: electrostatic vs. electro-steric stabilization, structure, magnetic and flow properties”, Corina Vasilescu, M. Latikka, K. D. Knudsen, V.M. Garamus, V. Socoliuc, Rodica Turcu, Etelka Tombácz, Daniela Susan-Resiga, R.H.A. Ras, L. Vékás, Applied Nanotechnology and Nanoscience International Conference - ANNIC 2018, 22-24 October 2018, Berlin, Germany; prezentare orala
  23.  “Faraday rotators based on dysprosium ions-doped aluminophosphate glass”, M. Elisa, R. Stefan, B. Sava, L. Boroica, M. Valeanu, V. Kuncser, A. C. Galca, A. Beldiceanu, 15th International Conference on Physics of Non-Crystalline Solids and 14th European Society of Glass Conference, Saint Malo, Franta, 2018, Booklet, SP 12, Poster P.41, pag.75
  24. “Cobalt oxide doped zinc-boron-phosphate glasses, preparation and properties”, Bogdan Alexandru Sava 1, Lucica Boroica, Olga Shikimaka, Regina C. C. Monteiro, Mihail Elisa, Stefan Iordanescu Raluca, Kuncser Victor, Popa Mihaela, Barbos Zinaida, 15th International Conference on Physics of Non-Crystalline Solids and 14th European Society of Glass Conference, Saint Malo, Franta, 2018, Booklet, Sesiunea Optoelectronics and optical properties 2, pag.63, prezentare orala
  25.  “Investigation on magneto-optical properties of Te-based phosphate glass for Faraday rotators”, M. Elisa, R. Stefan, I.C. Vasiliu, B.A. Sava, L. Boroica, A.C. Galca, M. Sofronie, V. Kuncser,  M. Secu, (poster) Joint European Magnetic Symposia, JEMS 2018, Mainz, Germany, Poster P.B.144
  26.  "Improved performance of polyurea composites reinforced with carbon nanotubes” (poster)R. Petre, N. S. Petrea, R. Ginghina, T. Zecheru, S. M. Sandu, N. Grigoriu, F. Neatu, M. Muresan, M. Ionescu, simpozionul internaţional TOCAT8, ediţia a 8 -a, 05-10 august 2018, Yokohama, Japonia
  27. "Ni-Ti Multilayers Nanocomposite Fabricated by HSPT Severe Plastic Deformation", C. Gurau, G. Gurau, P Alexandru and V. Sampath, , MATERIALS SCIENCE & SMART MATERIALS (MSSM) Proceedings of the 5th International Conference on Materials Science and Smart Materials, University of the West of Scotland, 2018, p 405-4010
  28. "Structural Change In Ni-Fe-Ga-Co Magnetic Shape Memory Alloys by Severe Plastic Deformation", G. Gurau, C. Gurau, F. Tolea, and V. Sampath, , MATERIALS SCIENCE & SMART MATERIALS (MSSM) Proceedings of the 5th International Conference on Materials Science and Smart Materials, University of the West of Scotland, 2018, p 480-486
  29.  G. Gurau, C. Gurau, M. Marin, F. B. Marin, "On Deformation Behaviour Aad Microstructural Change of Cu-9.51Al-3.81Ni alloy", 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2018 30 June - 9 July, 2018
  30.  C. Gurau, G. Gurau, L. Gurau, M. Marin, F. B. Marin, "Composition Effects and Thermochemical Treatments on Mechanical and Structural Performance of S420NL Steel", 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2018 30 June - 9 July, 2018
  31.  C. Gurau, G. Gurau, L. Gurau, "Achieving ultra-fine grained
    microalloyed steel by severe plastic process", CONFERENCE ON MATERIAL SCIENCE & ENGINEERING OCTOBER 11-13, UGALMAT 2018
  32.  "Formation of submicrocrystalline structure in a biodegradable Mg alloy", G. Gurau, C. Gurau, P. Alexandru, V. Basliu , CONFERENCE ON MATERIAL SCIENCE & ENGINEERING OCTOBER 11-13, UGALMAT 2018
  33. "Phase transformation and structural study on the severely deformed cooper based shape memory alloy", C. Gurau, G. Gurau, F.M Braz-Fernandes, CONFERENCE ON MATERIAL SCIENCE & ENGINEERING
    OCTOBER 11-13, UGALMAT 2018
  34.  "Structural evolution of the NiTi / NiFeGaCo smart hybrid material during severe plastic deformation", G. Gurau, C. Gurau, V. Kuncser, F. Tolea, V. Sampath, CONFERENCE ON MATERIAL SCIENCE &
    ENGINEERING OCTOBER 11-13, UGALMAT 2018

National Institute of Materials Physics

Atomistilor Str., No. 405A
PO Box MG 7, 077125, Magurele, Romania

Telephone:

+40-(0)21-3690185, +40-(0)21-2418100

Fax:

+40-(0)21-3690177