PED99 - PROFILE project
Pyroelectric sensing device based on structurally tunable ferroelectric lead-free layers
Abstract
Proiectul isi propune dezvoltarea un dispozitiv ecologic de detectare piroelectrică, la temperatura camerei, prin integrarea filmelor subțiri de NBT-xBT obtinute prin depunere laser pulsata (PLD) cu diverse proprietati cristalografice într-o heterostructura de test piroelectrica. Etapele științifice și tehnologice necesare obtinerii de filme subțiri fără plumb de titanat de sodium si bismut dopat cu titanat de bariu - Na0.5Bi0.5TiO3-xBaTiO3 cu proprietăți funcționale au fost deja dezvoltate, așa cum se poate observa din proiectele de cercetare, articole sau capitole de carte anterioare ale echipei de cercetare. Principalul motiv al acestei tematici il reprezinta tendința legislației in vigoare privind protecția mediului precum și reglementările naționale și internaționale, în ceea ce privește utilizarea elementelor nocive. Materialele perovskitice feroelectrice bazate pe Na0.5Bi0.5TiO3 (NBT) sunt considerate printre cele mai promiţătoare materiale substituente ale Pb(Zr1-xTix)O3 (PZT) în dispozitivele concepute pentru a respecta standardele și legislația de mediu. Luând în considerare toxicitatea sistemelor pe bază de plumb, numeroase materiale piezoelectrice fără plumb sunt în curs de investigare la nivel mondial pentru înlocuirea PZT-ului în dispozitivele viitoare existand o nevoie urgentă in dezvoltarea materialelor ecologice. Vom dezvolta filme subțiri fără plumb de titanat de sodiu si bismut dopat cu titanat de bariu Na0.5Bi0.5TiO3-xBaTiO3 cu diferite proprietăți structurale, dielectrice și compozițiionale la granita morfotropica de faza precum si in afara acesteia (6% BT), unde caracteristicile funcționale depind în mod critic de temperatura substratului, așa cum am demonstrat deja. Vom proiecta și construi un dispozitiv de testare piroelectric activ la temperatura camerei, pe baza celor mai bune straturi active piroelectrice de NBT-xBT.
Scopul acestui proiect este de a dezvolta un dispozitiv ecologic de detectare piroelectrică, la temperatura camerei, prin integrarea filmelor subțiri de NBT-xBT obtinute prin depunere laser pulsata (PLD) cu diverse proprietati cristalografice într-o heterostructura de test piroelectrica. Etapele științifice și tehnologice necesare obtinerii de filme subțiri fără plumb de titanat de sodium si bismut dopat cu titanat de bariu - Na0.5Bi0.5TiO3-xBaTiO3 cu proprietăți funcționale au fost deja dezvoltate, așa cum se poate observa din proiectele de cercetare, articole sau capitole de carte anterioare ale echipei de cercetare.
Etapa I: Obtinerea de heterostructuri piroelectrice pe baza straturilor active de NBT-BT cu orientari cristalografice diferite
Denumire etapa: Etapa I/2017 intermediara cu activitățile:
1 Depunere de filme subtiri de NBT prin PLD cu diverse dopaje de BT
2 Caractrizarea filmelor subtiri policristaline si epitaxiale obtinute prin PLD pentu pirodetectori
3 Proiectarea dispozitivului de test piroelectric si testare preliminara a activitatii piroelectrice
4 Diseminare
Durata etapei I: 03 ianuarie - 30 decembrie 2017
Valoarea alocata proiectului de la bugetul de stat pentru 2017: 418.750 lei.
Etapa II: Realizarea si testarea dispozitivului senzoristic piroelectric
Denumire etapa: Etapa II/2018 cu activitățile:
1. Fabricarea dispozitivului de test piroelectric
2. Testarea activitatii piroelectrice a dispozitivului senzoristic
3. Diseminare
Durata etapei II - 01.01.2018- 30.06.2018
Valoarea alocata proiectului de la bugetul de stat pentru 2018: 181.250 lei.
Diseminare etapa I
Rezulatatele obtinute in cadrul etapei I au fost diseminate la urmatoarele conferinte:
- 25PolyChar(25th Annual World Forum on Advanced Materials) desfasurata in perioada 09-13.10.2017, Kuala Lumpur, Malaysia –prezentare orala
1. „Lead-free (Na0.5Bi0.5)1- x(BaTiO3)x Thin Films Obtained by Pulsed Laser Deposition with Pyroelectric Properties”, Simposium „Nanomaterials and smart materials”, Joi, 12.10.2017, 08:30 – 08:45
- EMRS Spring (European Materials Research Society) desfășurata in perioada 22-26.05.2017 in Strasbourg, Franta - 3 postere – doua la simpozionul „X” - New frontiers in laser interaction: from hard coatings to smart materials si unul la simpozionul “T” - Synthesis, processing and characterization of nanoscale multi functional oxide films VI
1. „Optical properties of Na1/2Bi1/2TiO3-BaTiO3 thin films obtained by pulsed laser deposition”, V. Ion, N. D. Scarisoreanu, A. Andrei, M. Dinescu– poster X.P_1.53, Marti, 23.05.2017, 16:00-19:00
2. ”Phase relations and functional properties of BaTiO3 modified NaBiTiO3 solid solution thin films obtained by laser techniques”, N. D. Scarisoreanu, F. Craciun, A. Andrei, V.Ion, R. Birjega, M. Dinescu – poster X.P_1.59, Marti, 23.05.2017, 16:00-19:00
3. „Pyroelectric properties of lead-free (Na0.5Bi0.5)1-x(BaTiO3)x thin films obtained by pulsed laser deposition”, A. Andrei, N. D. Scarisoreanu, V.Ion, R. Birjega, N.Dumitrescu, M. Dinescu – poster T.PII.36, Joi, 25.05.2017, 17:15-20:00
- ICASS (2nd International Conference on Applied Surface Science) desfășurata in perioada 12-15 iunie 2017 in Dalian, China – 1 poster
1. „Functional properties of lead-free (Na0.5Bi0.5)1-x(BaTiO3)x thin films obtained by pulsed laser deposition”, A. Andrei, N.D. Scarisoreanu, M. Dinescu, V. Ion, R. Birjega- poster P179, Poster Session - 2 Miercuri, 14.06.2017, 16:20-18:30
- CEEC-TAC4 (Central and Eastern European Committee for Thermal Analysis and Calorimetry)desfășurata in perioada 28-31.08.2017 in Chisinau, Republica Moldova – 1 poster
1. „Pyroelectric properties of lead-free (Na0.5Bi0.5)1-x(BaTiO3)x thin films obtained by pulsed laser deposition” - PS1.70, Poster Session:Materials: ceramics, metals & alloys, cements, glasses, minerals, nanomaterials, thin films and composites, Marti, 29.08.2017, 15:40-16:30
- EMRS FALL (European Materials Research Society) desfășurata in perioada 18-21.09.2017 in Varsovia, Polonia – 1 poster
1. „Lead-free (Na0.5Bi0.5)1-x(BaTiO3)x thin films obtained by pulsed laser deposition with pyroelectric properties”, A. Andrei, N. D. Scarisoreanu, V.Ion, R. Birjega, N.Dumitrescu, M. Dinescu – poster N.4.48, Luni, 18.09.2017, 17:30-19:30
Un capitol a fost acceptat spre publicare. Titlu: „Optical properties of complex oxides thin films obtained by Pulsed Laser Deposition”, Titlul cartii: Laser Ablation - From Mechanisms to Applications, editura INTECH, ISBN 978-953-51-5565-2
Diseminare etapa II
Un articol a fost publicat in revista „Romanian Journal of Physics”( IF = 1.758, AIS = 0.243) cu titlul „Optical Properties of Na1/2Bi1/2TiO3-BaTiO3 Thin Films Obtained by Pulsed Laser Deposition”, autori: V. Ion, A. Andrei, N. Dumitrescu, M. Dinescu
A fost depusa o cerere de brevet cu titlul „Metoda de obtinere de senzori cu activitate piroelectrica din materiale ecologice pe baza de titanat de bariu dopat”, cu numarul A/00468/26.06.2018.
Rezulatatele obtinute in cadrul acestei etape au fost diseminate la urmatoarele conferinte:
- International High Power Laser Ablation Symposium) desfășurata in perioada 26-29 martie 2018 in Santa Fe, New Mexico- „Functional Properties of Ferroelectric Lead-Free Perovskites Thin Films”, N. D. Scarisoreanu, A. Andrei, V.Ion, R. Birjega, N.Dumitrescu, M. Dinescu–poster , luni, 26.03.2018, 16:15 – 17:30
- -EMRS Spring (European Materials Research Society) desfășurata in perioada 22-26.05.2017 in Strasbourg, Franta –„ Thin films of pyroelectric bismuth based materials obtained by pulsed laser deposition” - poster la simpozionul „X -Photon-assisted synthesis and processing of materials in nano-microscale ”, Autori : A. Andrei, N. D. Scarisoreanu, V.Ion, R. Birjega, N.Dumitrescu, F. Craciun, M. Dinescu, luni 18.06.2018, 16:30-18:30, X.PI.18
Andreea Andrei
Departament of Lasers, NILPRP
409 Strada Atomiștilor
Măgurele, 077125
Romania
+40 21 4574243