Fibre semiconductoare bio-inspirate pentru tranzistori cu efect de camp


Project Director: Dr. Nicoleta PREDA

Cod proiect: PN-III-P4-PCE-2021-1131

Contractor: Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor (INCDFM)

Director de proiect: Dr. Nicoleta Preda

Tip proiect: Proiecte de Cercetare Exploratorie (PCE)

Data inceperii proiectului: 03/05/2022

Data incheierii proiectului: 31/12/2024

Autoritatea Contractanta: Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii (UEFISCDI)

Director de proiect: Dr. Nicoleta Preda
Cercetator postdoctoral: Dr. Andreea Costas
Cercetator postdoctoral: Dr. Alexandru Evanghelidis
Cercetator postdoctoral: Dr. Marcela Socol
Cercetator postdoctoral: Dr. Irina Zgura
Cercetator cu experienta: Dr. Monica Enculescu
Doctorand: Drd. Daciana Botta

Proiectul este focalizat pe obtinerea de fibre semiconductoare bio-inspirate prin utilizarea unor polimeri naturali sub forma de bio-sabloane, in continuare retelele semiconductoare fiind integrate sub forma de retele de fibre sau fibre singulare in tranzistori cu efect de camp (FETs) ce pot fi folositi in aplicatii de tip senzor chimic. Astfel, membrane pe baza de “eggshell membrane” (ESM) si “egg albumen” (EA) electrofilat vor fi folosite ca bio-sabloane, fibrele semiconductoare de tip oxizi metalici sau/si sulfuri metalice (sub forma de monocomponenti sau compozite) fiind preparate prin tehnici precum electrofilarea, imersarea si calcinarea. Fibrele semiconductoare bio-inspirate obtinute vor fi investigate din punct de vedere morfologic, structural si optic. In continuare, FETs pe baza de retele din fibre semiconductoare si FETs pe baza de fibre semiconductoare singulare vor fi fabricate prin combinarea unor tehnici fizice de depunere (pulverizarea catodica cu magnetron in RF, evaporare termica in vid) cu tehnici de litografie (fotolitografie, litografie cu fascicul de electroni). In final, perfomantele electrice ale FETs vor fi investigate dupa expunerea la diferiti vapori chimici pentru a evalua potentialele aplicatii ale acestor dispozitive in domeniul senzorilor chimici. Metoda abordata in prepararea fibrelor semiconductoare bio-inspirate poate reprezenta o bio-strategie pentru fabricarea de dispozitive electronice din surse regenerabile.

Etapa I

Obiectivul primei etape constand in prepararea de fibre semiconductoare bio-inspirate cu proprietati specifice a implicat realizarea urmatoarelor activitati: i) obtinerea de retele de fibre pe baza de EA prin electrofilare si caracterizarea acestora, ii) prepararea fibrelor semiconductoare utilizand ca bio-sabloane ESM si fibre EA si iii) caracterizarea complexa a fibrelor semiconductoare. Astfel, imaginile FESEM au relevat ca electrofilarea albusului are ca rezultat formarea sporadica a structurilor fibrilare. Pentru imbunatatirea procesului de electrofilare in vederea obtinerii de retele pe baza de fibre, la prepararea solutiilor au fost folositi polimeri ce favorizeaza formarea structurilor fibrilare si pulbere comerciala de albumina din ou de gaina. Investigatiile XRD, FTIR, TG, DTA si DSC au evidentiat ca membrana din coaja de ou, pulberea obtinuta prin uscarea albusului din ou si pulberea de albumina din ou au proprietati similare. Influenta parametrilor experimentali (tipul de polimer, tipul de solvent, concentratia polimerului, concentratia pulberii proteice, umiditatea din camera de electrofilare) asupra proprietatilor morfologice si structurale ale fibrelor proteice electrofilate a fost investigata prin FESEM si FTIR. De asemenea, a fost analizata influenta naturii bio-sablonului asupra procesului de replicare prin folosirea membranei din coaja de ou (colagen) si fibre de in (celuloza) in obtinerea de fibre de oxid de zinc. Imaginile FESEM si difractogramele XRD au evidentiat ca arhitectura specifica fiecarui tip de sablon organic a fost replicata perfect intr-una anorganica pe baza de fibre de oxid zinc. In continuare, prepararea retelelor pe baza de fibre semiconductoare a fost realizata prin: i) imersarea membranelor in solutii precursoare continand saruri metalice si ulterior calcinarea acestora si ii) electrofilarea solutiilor apoase continand un amestec de polimer, albumina si saruri metalice si ulterior calcinarea acestora. Tratamentele termice au fost realizate in aer, azot sau argon. Influenta parametrilor experimentali (tipul de bio-sablon, tipul de sare metalica, atmosfera de calcinare) asupra propritetilor morfologice, compozitionale si structurale ale retelelor fibrilare anorganice obtinute a fost evaluata prin FESEM, EDX si XRD. Astfel, imaginile FESEM si hartile EDX au relevat morfologii de tip retea fibrilara cu o distributie uniforma a elementelor componente, in timp ce difractogramele XRD au evidentiat formarea unor compusi de tip semiconductor, metal:semiconductor sau metal. De asemenea, a fost evaluata si posibilitatea transformarii unui oxid metalic (oxid de zinc) in sulfura metalica (sulfura de zinc) printr-o reactie chimica, datele XRD confirmand viabilitatea acestei abordari. Diseminarea rezultatelor cercetarii a constat in publicarea 1 articol intr-o revista indexata ISI (Q1) si prezentarea a 2 comunicari stiintifice de tip poster la conferinte internationale.

Lucrari publicate in reviste cotate ISI:

1.Hierarchical flax fibers by ZnO electroless deposition: tailoring the natural fibers/synthetic matrix interphase in composites
Preda*, A. Costas*, F. Sbardella, M. C. Seghini, F. Touchard, L. Chocinski-Arnault, J. Tirillo, F. Sarasini
Nanomaterials, 12, 2765-15, 2022

Comunicari stiintifice prezentate la conferinte internationale:

1.Bio-templated synthesis of interwoven fibers based on ZnO and ZnS by replicating eggshell membranes
A. Costas*, N. Preda*, M. Socol*, I. Zgura*, I. Enculescu
RICCCE 22 – 22nd Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, 7-9 septembrie 2022, Sinaia, Romania
Comunicare stiintifica tip poster (abstract nr. 36)

2.Bio-inspired fiber webs based on metal oxides by replicating eggshell membranes
A. Costas*, N. Preda*, A. Evanghelidis*, M. Enculescu*, I. Enculescu
12th International Advances in Applied Physics & Materials Science Congress & Exhibition (APMAS), 13-19 octombrie 2022, Oludeniz, Turcia
Comunicare stiintifica tip poster (abstract nr. 2144)

*membrii din echipa proiectului


PROJECTS/ PROIECTE NATIONALE


Back to top

Copyright © 2022 National Institute of Materials Physics. All Rights Reserved