Etapa I. Proiectarea, elaborarea și demonstrarea funcționalității sursei de plasmă RF la presiune atmosferică pentru acoperiri antibacteriene
Rezultate așteptate. Raport de cercetare privind sursa de plasmă RF cu funcționare la
presiune atmosferică
Cuprins
Obiective 2016
REZUMATUL ETAPEI 2016
RST - RAPORT ȘTIINȚIFIC ȘI TEHNIC ÎN EXTENSO
Activitatea 1.1 Proiectarea și construcția unei surse de plasmă RF (13,56 MHz) pentru depuneri de filme subțiri și materiale nanocompozite
Activitatea 1.2 Determinarea caracteristicilor electrice ale plasmei
Activitatea 1.3 Determinarea parametrilor experimentali ce permit operarea stabilă a sursei de plasmă
Activitatea 1.4 Teste privind depunerea de straturi subțiri cu plasmă generată la presiune atmosferică
Concluzii
Bibliografie
Scurt raport despre deplasarea (deplasările) în străinătate privind activitatea de diseminare și/sau formare
Activitatea 1.5. Activități suport:
a) Vizita de lucru în cadrul consorțiului internațional;
b) Organizarea unei vizite de lucru a partenerilor internaționali din consorțiu la INFLPR;
c) Participarea la conferințe internaționale profesională
Obiectivul acestei etape a constat în construcția unei surse de plasmă RF cu funcționare la
presiune atmosferică, caracterizarea acesteia din punct de vedere al proprietăților electrice,
identificarea domeniului parametric de funcționare stabilă și demonstrarea funcționalității acesteia
prin teste de depunere de straturi subțiri și acoperiri cu potențial antibacterian pe materiale textile
(țesut și nețesut).
Rezumatul etapei
S-a proiectat și construit (Figura 1) o sursă de plasmă DBE cu electrozi coaxiali, ce generează o perdea de jet de plasmă ce îmbracă fluxul de precursor (HMDSO) provenit de la un atomizor cu duză. A fost evaluată uniformitatea tratamentului cu jetul de plasmă la deplasarea pe o direcție.
|
Figura 1. Sursa de jet de plasmă RF ce operează la presiune atmosferică folosind argonul ca gaz de lucru și injecție central de precursor HMDSO |
S-a realizat un sistem experimental pentru determinarea caracteristicii U-I și determinarea puterii injectate în descărcare.
|
Figura 2: Sistemul experimental utilizat pentru determinarea puterii RF injectate în descărcare și determinarea caracteristicii V-I |
În Figura 3 este prezentată dependența puterii injectate în descărcare (puterea medie activă) vs. puterea RF furnizată de generator. În descărcare se regăsește doar aproximativ ¾ din valoarea puterii Pfwd, pentru Pfwd = 15 W avem PAVR = 11,4 W în prezența descărcării, respectiv 0 W în absența ei. Raportul de ¾ nu este influențat semnificativ de debitul gazului de lucru.
|
Figura 3. Dependența puterii medii active (PAVR) de puterea furnizată de generator către descărcare (Pfwd, Preflectat=0 W) în descărcarea DBE, la debitul (Ar) de 2500 sccm |
A fost stabilit punctul optim de lucru, în spațiul putere RF vs. debit de gaz, 15 W cu 2500 sccm. De asemenea, a fost identificat regimul de așteptare (IDLE) la 2 W la 200 sccm.
În această etapă, sursa de plasmă RF de presiune atmosferică în configurație DBE a fost testată în vederea depunerii de filme subțiri cu potențial antibacterian pe materiale textile (de tip țesut și nețesut). Imaginile SEM precum și imaginile de ansamblu date de microscopia optică au confirmat atașarea nanoparticulelor de argint la suprafața.
|
Figura 4: Imagini SEM ale textilelor inițiale și expuse la plasmă: a) material țesut inițial (1000x); b) material țesut acoperit cu AgNPs+HMDSO (1000x); c) material țesut acoperit cu AgNPs+HMDSO (5000x); d) material nețesut inițial (1000x); e) material nețesut acoperit cu AgNPs+HMDSO (1000x) și f) material nețesut acoperit cu AgNPs+HMDSO (5000x) |
Concluzii
S-a proiectat și construit o sursă de plasmă DBE cu electrozii coaxiali, ce generează un jet de plasmă ce îmbracă fluxul de precursor și a fost evaluată uniformitatea jetului de plasmă la deplasarea pe o direcție. S‐au determinat curbele U‐I și dependența puterii injectate în descărcare (puterea medie activă). Pentru aceleași condiții experimentale, în descărcare se regăsește doar aproximativ ¾ din valoarea puterii Pfwd: pentru Pfwd = 15W avem PAVR = 11,4 W în prezența descărcării, respectiv 0 W în absența ei. Raportul de ¾ nu este influențat semnificativ de debitul gazului de lucru. Au fost determinate componentele impedanței complexe (Tabel 1) ce caracterizează descărcarea sursei de plasmă cu electrozi coaxiali de tip DBE. A fost stabilit punctul optim de lucru, în spațiul putere RF vs. debit de gaz, 15 W cu 2500 sccm. De asemenea, a fost identificat regimul de așteptare (IDLE) la 2 W la 200 sccm.
Sursa de plasmă RF cu funcționare la presiune atmosferică în configurație DBE a fost testată in aceasta etapă pentru depunerea de filme subțiri și acoperiri cu potențial antibacterian. În acest sens au fost efectuate experimente de depunere a filmelor subțiri folosind ca precursor HMDSO, precum și teste de acoperiri cu potențial antibacterian pe materiale textile (țesut și nețesut) utilizând ca agent antibacterian nanoparticule de argint (suspensie de AgNPs+HMDSO).
Spectroscopia FTIR a demonstrat prezența legăturilor specifice filmelor obținute prin polimerizarea în plasmă a HMDSO, iar analizele EDS au dovedit existența siliciului si respectiv a argintului în probe. De asemenea, analizele morfologice SEM precum și microscopia optică au confirmat incorporarea nanoparticulelor de argint in filmele subțiri depuse pe suprafețe.
Măsurătorile de unghi de contact au arătat o îmbunătățire a caracterului hidrofob al suprafețelor materialelor textile, unghiul de contact având o creștere semnificativă după procesul de depunere în plasmă de presiune atmosferică.
Scurt raport despre deplasarea (deplasările) în străinătate privind activitatea de diseminare și/sau formare
În perioada 7-9 noiembrie 2016 a fost organizată la sediul INFLPR o vizită de lucru a
partenerilor din proiect. La vizită au participat următorii cercetători din străinatate și din țară:
o Anton Nikiforov: CO - University of Gent (UGent) Belgium
o Irina Kuchakova: CO - University of Gent (UGent) Belgium
o Mike de Vrieze: P2 – Centexbel, Belgium
o Pedro Souto: P3 – University of Minho (UMinho), Portugal
o Andrea Zille: P3 – University of Minho (UMinho), Portugal
o Martina Modic: P4 – Jozef Stefan Institute (JSI), Slovenia
o Gheorghe Dinescu: P6 – INFLPR, Romania
o Bogdana Mitu: P6 – INFLPR, Romania
o Eusebiu Rosini Ioniță: P6 – INFLPR, Romania
o Maria Daniela Ioniță: P6 – INFLPR, Romania
o Veronica Sătulu: P6 – INFLPR, Romania
o Daniela Anton: P7-SC Davo Romania
o Doru Anton: P7-SC Davo Romania
În cadrul vizitei de lucru au fost prezentate realizările Grupului de Cercetare “Procese în Plasmă, Materiale și Suprafețe”, grup implicat în realizarea proiectului PlasmaTex. Vizita a suscitat un interes deosebit, în special soluțiile românești privind construcția surselor de plasmă rece cu funcționare la presiune atmosferică și aplicațiile referitoare la utilizarea acestor surse în tratarea suprafețelor polimerice, inclusiv a celor textile. Au fost realizate experimente demonstrative care au ilustrat modificarea umectabilităţii suprafețelor, funcționarea plasmei în mediu lichid, generarea de materiale nanostructurate tip nanoparticule metalice la presiune joasă și presiune atmosferică. În urma schimburilor de bună practică au rezultat propuneri de experimente în comun și abordări științifice noi. S-au creat bazele includerii grupului de cercetare din INFLPR la alte proiecte.
