Sari la conținut
OLIDIGRAPH
Meniu

Apelul transnațional MANUNET 2017 · MNET17/NMCS-0114

OLIDIGRAPH

Dispozitiv limitator optic bazat pe materiale inovatoare derivate din grafen

Proiect de cercetare româno-norvegian (2018–2020) despre materiale pe bază de grafen care limitează intensitatea fasciculelor laser și despre un prototip de limitator optic care protejează ochiul și senzorii optici.

RezultateConsorțiu
luni
24
parteneri
5
țări
2

01

Proiectul

Acronim
OLIDIGRAPH
Titlul complet
Dispozitiv limitator optic bazat pe materiale inovatoare derivate din grafen
Apel
Apelul transnațional MANUNET 2017
Contract
MNET17/NMCS-0114
Tematică
Metode noi de fabricație, componente și sisteme
Cuvinte-cheie
Procese hibride de fabricație · Nanotehnologii · Suprafețe
Durată
24 de luni, din martie 2018 până în februarie 2020
Data de început
1 martie 2018
Coordonator
INOE 2000, Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Optoelectronică
Persoană de contact
Ileana Cristina Vasiliu

Rezumat

În prezent, laserii sunt indispensabili în numeroase aplicații militare și civile, iar un material care poate fi integrat într-un dispozitiv de protecție a dispozitivelor optoelectronice și a oamenilor împotriva radiației laser este foarte necesar.

Obiectivele generale ale proiectului sunt (1) validarea la scară de laborator a unei tehnologii de sinteză a unei clase inovatoare de materiale optice neliniare pe bază de grafen, pentru domeniile vizibil și infraroșu, și (2) realizarea unui dispozitiv care încorporează materialele sintetizate. Vor fi investigate compozitele de sticlă silico-fosfatică (SP) cu oxid de grafen (GO), sub formă de material masiv și de filme, precum și filmele de GO și de oxid de grafen redus (rGO), preparate prin metoda sol-gel.

Aceste materiale își reduc transmisia optică atunci când intensitatea fasciculului laser incident depășește o valoare de prag, menținând constantă intensitatea fasciculului transmis și prevenind astfel afectarea ochiului uman și deteriorarea senzorilor optici. Investigațiile prin metoda Z-scan vor explora proprietățile optice neliniare și performanțele de limitare optică ale acestor materiale de-a lungul întregului lanț tehnologic și vor permite alegerea materialului cel mai performant pentru prototipul final.

Intensitate incidentă →Intensitate transmisă →pragmaterial liniarlimitator optic
Schemă: sub un prag, materialul transmite lumina normal; peste prag, transmisia lui scade, iar intensitatea transmisă rămâne la un nivel sigur.
reducere chimică sautratament termicGOrGO
Oxid de grafen (GO) și oxid de grafen redus (rGO): reducerea chimică sau tratamentul termic elimină majoritatea grupărilor cu oxigen.

02

Obiective

Obiective generale

  1. 1

    Elaborarea, evaluarea și validarea la nivel de laborator a unei tehnologii de sinteză a unui material optic neliniar inovator, cu proprietăți de limitare optică în domeniile vizibil și infraroșu.

  2. 2

    Realizarea unui prototip de dispozitiv care încorporează materialul cu cele mai bune performanțe.

Obiective specifice

  • Obținerea de oxid de grafen (GO) și oxid de grafen redus (rGO) funcționalizate la suprafață și bine dispersate, pentru suspensii omogene, stabile și reproductibile, destinate celor două tipuri de materiale optice neliniare: compozite pe bază de GO/rGO și straturi de GO/rGO.
  • Dezvoltarea unei tehnologii de laborator de sinteză sol-gel a compozitelor silico-fosfatice cu oxid de grafen.
  • Dezvoltarea unei tehnologii alternative de laborator de sinteză sol-gel a filmelor de GO și rGO pe substrat de sticlă/ITO.
  • Studiul proprietăților optice ale compozitelor silico-fosfatice inovatoare cu grafen și ale filmelor de GO/rGO preparate prin metoda sol-gel, pentru prevenirea deteriorării cu laser. Funcția de limitare optică a materialelor sintetizate este investigată prin metodele Z-scan și I-scan.
  • Realizarea unui prototip de dispozitiv care încorporează materialul cel mai performant și demonstrează protecția senzorilor optici (CCD, CMOS etc.) prin testarea sa la fascicule laser de intensitate ridicată.

03

Pachete de lucru

  1. WP1

    Obținerea de GO și/sau rGO bine dispersate în medii organice

  2. WP2

    Dezvoltarea compozitelor vitroase SiO₂–P₂O₅ cu GO/rGO, obținute prin sol-gel

  3. WP3

    Fabricarea și caracterizarea filmelor subțiri de GO/rGO pe substrat de sticlă

  4. WP4

    Evaluarea proprietăților optice neliniare

  5. WP5

    Proiectarea, demonstrarea și testarea prototipului

  6. WP6

    Managementul proiectului și diseminarea

04

Rezultate

Etapa I

2018

Rezultate

  • Raport privind variantele experimentale de preparare a filmelor silico-fosfatice dopate cu GO și caracterizarea structurală a structurilor obținute
  • Structuri de test din filme silico-fosfatice dopate cu rGO
  • Raport privind funcția de limitare optică a suspensiilor de GO/rGO, a filmelor compozite silico-fosfatice cu GO/rGO și a filmelor de GO/rGO
  • Raport privind conceptul și dezvoltarea componentelor opto-mecanice ale limitatorului optic pe bază de grafen
Activități (8)›
  1. Proiectarea și sinteza GO/rGO înglobate în filme silico-fosfatice prin metoda sol-gel
  2. Caracterizarea structurală, optică și morfologică a filmelor compozite sol-gel cu GO/rGO înglobate în matrice silico-fosfatică (spectroscopie FTIR, Raman și UV-VIS-NIR)
  3. Investigații SEM și TEM ale filmelor compozite silico-fosfatice cu GO/rGO
  4. Investigarea funcției de limitare optică a suspensiilor de GO/rGO
  5. Investigarea funcției de limitare optică a filmelor compozite silico-fosfatice cu GO/rGO
  6. Funcția de limitare optică a filmelor de GO/rGO preparate de partenerii norvegieni
  7. Proiectarea conceptului general al sistemului de limitare optică
  8. Dezvoltarea opto-mecanicii, cu dispozitivele mecanice și componentele interne ale limitatorului optic pe bază de grafen

Etapa II

2019

Rezultate

  • Raport privind fluxul tehnologic de preparare a suspensiilor de GO/rGO și a GO/rGO funcționalizat
  • Raport privind parametrii tehnologici pentru sinteza sol-gel a materialelor silico-fosfatice dopate cu GO și rGO
  • Raport privind funcționalizarea la suprafață a GO/rGO
  • Raport privind fabricarea filmelor subțiri de GO/rGO pe substrat de sticlă prin metoda sol-gel
  • Raport privind funcția de limitare optică a suspensiilor de GO/rGO, a compozitelor silico-fosfatice cu GO și rGO și a filmelor polimerice dopate cu GO
  • Raport privind dezvoltarea componentelor opto-mecanice ale limitatorului optic pe bază de grafen
  • Structuri de test: materiale silico-fosfatice dopate cu rGO și GO, filme de rGO/GO, filme polimerice dopate cu rGO/GO
Activități (9)›
  1. Experimentarea și stabilirea parametrilor tehnologici pentru sinteza sol-gel a materialelor silico-fosfatice dopate cu GO și rGO, cu proprietăți de limitare optică
  2. Caracterizarea structurală, optică și morfologică a filmelor și straturilor compozite silico-fosfatice dopate cu GO și rGO, obținute prin sol-gel (spectroscopie FTIR, Raman și UV-VIS-NIR)
  3. Investigații SEM ale materialelor compozite silico-fosfatice cu GO și rGO
  4. Fabricarea și caracterizarea GO/rGO funcționalizat
  5. Investigarea funcției de limitare optică a suspensiilor de GO/rGO funcționalizat
  6. Investigarea funcției de limitare optică a materialelor compozite silico-fosfatice cu GO și rGO
  7. Funcția de limitare optică a filmelor de GO/rGO
  8. Investigarea funcției de limitare optică a polimerilor organici dopați cu GO
  9. Dezvoltarea opto-mecanicii și a componentelor interne ale limitatorului optic pe bază de grafen

Etapa III

2020

Rezultate

  • Raport privind obținerea de GO și/sau rGO bine dispersate în medii organice
  • Raport privind dezvoltarea compozitelor vitroase SiO₂–P₂O₅ cu GO/rGO, obținute prin sol-gel
  • Raport privind fabricarea și caracterizarea filmelor subțiri de GO/rGO pe substrat de sticlă
  • Raport privind evaluarea proprietăților optice neliniare
  • Raport privind proiectarea, demonstrarea și testarea prototipului
Activități (11)›
  1. Testarea stabilității și omogenității în timp a suspensiilor și dispersiilor de GO și rGO sintetizate
  2. Optimizarea rutei de sinteză și obținerea celor mai performante filme și materiale compozite masive silico-fosfatice cu rGO
  3. Optimizarea rutei de fabricare a GO/rGO funcționalizat
  4. Optimizarea parametrilor de fabricare a filmelor de GO/rGO
  5. Investigarea funcției de limitare optică a suspensiilor de GO/rGO
  6. Investigarea funcției de limitare optică a filmelor compozite silico-fosfatice cu GO/rGO
  7. Investigarea funcției de limitare optică a materialelor compozite masive silico-fosfatice cu GO/rGO
  8. Funcția de limitare optică a filmelor de GO/rGO
  9. Investigarea deteriorării induse de laser în cele mai performante materiale sintetizate, sub acțiunea fasciculelor laser de mare putere
  10. Prototiparea componentelor opto-mecanice integrate într-un sistem funcțional
  11. Testarea și caracterizarea în funcționare a demonstratorului de limitator optic

05

Diseminare

2018

  • Conferință

    Graphene applications for photo sensing devices development

    D. Ulieru, O.-M. Ulieru, X. Vila, A. Topor

    European Microwave Week 2018, Sensors and Remote Systems, 23–28 septembrie 2018, IFEMA, Feria de Madrid, Spania

  • Conferință

    Optoelectronic modules for optical limiters integrated into laser systems

    D. Ulieru, X. Vila, O.-M. Ulieru, A. Topor

    Industrial Technologies 2018: Innovative industries for smart growth, workshopul „Photonics for Industrial Production”, 29–31 octombrie 2018, Messe Wien Exhibition & Congress Center, Viena, Austria

2019

  • Curs de formare

    Modern packaging technologies for biomedical applications

    D. Ulieru

    Cursul de formare „Prototyping for biomedical applications”, workshopul bTB Test, SITEX și ECAS Electronics, București, România, 15 ianuarie 2019

  • Expoziție

    The human eye protection by application of optical limiter devices

    D. Ulieru, X. Vila, O.-M. Ulieru, A. Topor

    Expoziția MedTec, 23–25 mai 2019, Nürnberg, Germania

  • Conferință

    Optical limiting potential of reduced graphene oxide based films, solutions and silico-phosphate composites

    A. Petris, C. Vasiliu, S. Mei, J. Yang, S. Etemadi, R. Wendelbo, P. Gheorghe, L. Ionel, L. Rusen, A. M. Iordache, M. Elisa

    E-MRS Spring Meeting 2019, Simpozionul V: Laser interactions with materials: from fundamentals to applications

  • Conferință

    Developing and implementation of a new generation of nano safety assessment tools

    D. Ulieru, O.-M. Ulieru, X. Vila, A. Topor

    EuroNanoForum 2019, lucrarea H04, 12–14 iunie 2019, Palatul Parlamentului, București, România

  • Poster

    The optical limiter based on application of innovative graphene-derived materials by photodetecting device integration

    D. Ulieru, F. Babarada, O.-M. Ulieru, X. Vila, A. Topor

    Sensor+Test 2019, standul SITEX 5/411, 25–27 iunie 2019, Nürnberg, Germania

  • Conferință

    Passive optical limiting in graphene-based nonlinear materials

    A. Petris, P. Gheorghe, L. Ionel, L. Rusen, C. Vasiliu, A. M. Iordache, M. Elisa, C. Simon, S. Mei, J. Yang, K. Thorshaug, B. Wabende, R. Wendelbo, S. Etemadi

    A 14-a Conferință Internațională „Correlation Optics 2019”, Cernăuți, Ucraina

2020

  • Cerere de brevet

    Integrated electronic device for optical limiting of laser beam intensity

    D. Ulieru, I. C. Vasiliu, A. Petris

    Cerere de brevet A/90/21.02.2020

  • Articol în revistă

    Graphene oxide-based silico-phosphate composite films for optical limiting of ultrashort near-infrared laser pulses

    A. Petris, I. C. Vasiliu, P. Gheorghe, A. M. Iordache, L. Ionel, L. Rusen, S. Iordache, M. Elisa, R. Trusca, D. Ulieru, S. Etemadi, R. Wendelbo, J. Yang, K. Thorshaug

    Nanomaterials 10 (9), articolul 1638, septembrie 2020

    DOI 10.3390/nano10091638

06

Consorțiu

07

Contact

INOE 2000

Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Optoelectronică

Persoană de contact

Ileana Cristina Vasiliu