INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

20
Noi sisteme chimice pe baza de retele nanocristaline si arhitecturi poroase pentru pilele de combustie de temperatura intermediara (IT-SOFC) operand cu biogaz - (NANOBIOSOFC) INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA TIP PROIECT - PN-II-PT-PCCA-1, CTR. NR. 26/2012 DIRECTOR PROIECT – DR. SIMONA SOMACESCU CONTACT: [email protected] BUGET – 2.000.000 LEI AUTORITATEA CONTRACTANTA : Unitatea Executivă pentru Finanţarea Învăţământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării şi Inovării CONTRACTOR : Institutul de Chimie Fizica “Ilie Murgulescu”, Academia Romana

description

INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA. Noi sisteme chimice pe baza de retele nanocristaline si arhitecturi poroase pentru pilele de combustie de temperatura intermediara (IT-SOFC) operand cu biogaz - (NANOBIOSOFC). - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

Page 1: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

Noi sisteme chimice pe baza de retele nanocristaline si arhitecturi poroase pentru pilele de combustie de temperatura

intermediara (IT-SOFC) operand cu biogaz - (NANOBIOSOFC)

INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

TIP PROIECT - PN-II-PT-PCCA-1, CTR. NR. 26/2012DIRECTOR PROIECT – DR. SIMONA SOMACESCUCONTACT: [email protected] – 2.000.000 LEI

AUTORITATEA CONTRACTANTA: Unitatea Executivă pentru Finanţarea Învăţământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării şi Inovării

CONTRACTOR: Institutul de Chimie Fizica “Ilie Murgulescu”, Academia Romana

Page 2: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

PARTENERI IMPLICATI IN PROIECT:

PARTENER DENUMIRE INSTITUTIE FUNCTIA BUGET

COORDONATOR INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” – (ICF)

Director Proiect –Dr. Simona Somacescu

700.000 lei

PARTENER 1 UNIVERSITATEA BUCURESTI – (UB)

Responsabil proiect – Dr. Mihaela Florea

500.000 lei

PARTENER 2 UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA – (UCV)

Responsabil proiect – Dr. Nicoleta Cioatera

400.000 lei

PARTENER 3 INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE - DEZVOLTARE PENTRU FIZICA LASERILOR, PLASMEI SI RADIATIEI – (INFLPR)

Responsabil proiect – Dr. Bogdana Mitu

400.000 lei

Page 3: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

OBIECTIVELE PROIECTULUI:

• Obtinerea de noi sisteme chimice utilizand tehnici noi de sinteza pentru electrozii si electrolitii pilelor de combustie cu electrolit oxid solid (SOFC).

• Asamblarea sistemelor de tip anod/electrolit/catod, investigarea fizico-chimica si evaluarea performantelor pilelor astfel obtinute.

Page 4: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

DESCRIERE SI REZULTATE ESTIMATE: Producerea de energie pe baza de combustibili fosili reprezinta unul din cei mai mari contributori la emisiile de

gaze cu efect de sera.

Celulele de combustie solide oxid (SOFCs) oferă un potential mare pentru cresterea eficientei de generare a energiei electrice cu beneficii de mediu suplimentare. Tehnologia SOFC este în prezent în curs de dezvoltare. In general astfel de pile de combsutie opereaza la temperaturi inalte (aproximativ 100 oC) ceea ce presupune costuri mari de fabricatie si durata de viata scurta. Scaderea temperaturilor de operare prin gasirea de noi materiale constituie o provocare in domeniu.

Obiectivul acestui proiect il constituie sinteza de materiale si dezvoltarea de ansambluri anod/electrolit/catod care sa conduca la cresterea performatelor pilelor de temperatura intermediara.

In cadrul acestui proiect vor fi dezvoltate prin metode noi sinteza noi sisteme chimice pe baza de retele nanocristaline si arhitecturi poroase (cu structuri, texturi si morofologii dirijate din procesul de sinteza).

O investigare exhaustiva a materialelor anodice, catodice si a filmelor subtiri de electrolit depuse prin abaltie laser asistata/neasistata de radiofrecventa va fi efectuata.

De asmenea vor fi investigate proprietatile catalitice si electrochimice ale materialelor obtinute cu scopul de a gasi compozitia, structura, chimia optima corespunzatoare pentru gasirea optimului fiecarei componente (anod, electrolit, catod) precum a si a conditiilor optime de operare la temperaturi intermediare (600-800 oC).

Mai multe proceduri de depunere a filmelor subtiri de electrolit prin metode fizice (abaltie laser) si a straturilor catodice prin metode chimice (screen-printing) vor fi abordate. Ansamblurile de tip Anod/Electrolit/Catod for evaluate din punct de vedere al performantelor pilelor in conditii reale de lucru. Acestea vor folosi biogazul ca si combustibil si se vor efectua teste pe intervale largi de timp pentru testarea functionarii pe timp indelungat.

Page 5: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

ECHIPAMENTE ACHIZITIONATE IN PROIECT:

AUTOCLAVA DE INALTA PRESIUNE: 500 ml/100 bari modelul IV (Coordonator)

Page 6: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

MICROSCOP OPTIC(Partener 3)

Page 7: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

REZULATE ESTIMATE ETAPA 1

Raport de etapa (stiintific si contabil)

Raport privind stadiul actual al cercetarilor in domeniul materialelor pentru pilele de combustie, accesand literatura de brevete (nationala si internationala): www.espacenet.com, in vederea depunerii unei cererei de brevet la OSIM in ETAPA 2, 2013.

Tehnologie de obtinere a materialelor cu porozitate controlata prin procesul de sinteza

Tehnologie de obtinere a structurilor de tip perovskit

Tehnologie de obtinere a electrolitilor oxizi solizi cu structuri de tip fluorit si de tip pyroclor

Tehnologie de obtinere a filmelor subtiri de anod si electrolit pe suporti de Si

Diseminare rezultate la conferinte

Page 8: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

REZULTATE STIINTIFICE ETAPA 1

ETAPA UNICA 2012: Dezvoltarea de noi electrozi, electroliti si metode depunere a filmelor subtiri de electrolit pentru IT-SOFC

Perioada de derulare: 01.07.2012 – 30.11.2012

Activitatea I.1 Prepararea anozilor utilizand chimia preparativa asisrata de surfactanti

Activitatea I.2. Prepararea catozilor prin metoda citrat si prin metode neconventionale (metode asistate de microunde)

Activitatea I.3. Prepararea de noi oxizi solizi nanostructurati cu structuri de tip flueorit si de tip pyroclor

Activitatea 1.4 Depunerea anozilor si electrolitilor sub forma de film subtire pe suporti de siliciu monocristal

Page 9: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

Activitate I.1 Prepararea anozilor utilizand chimia preparativa asistata de surfactanti

Obiectivele popuse in cadrul Etapei 1 a proiectului „Noi sisteme chimice pe baza de retele nanocristaline si arhitecturi poroase pentru pilele de combustie de temperatura intermediara (IT-SOFC) operand cu biogaz”, au fost indeplinite de toti partenerii implicati in acest consortiu. Astfel Coordonatorul de proiect a sintetizat materialele anodice pentru pilele de combustie cu electrolit oxid solid (SOFC) folosind chimia preparativa asistata de surfactanti pe care le-a furmizat partenerului 3 pentru depunerea straturilor de electrolit. Partenerul 1 a sintetizat materialele catodice cu structura de perovskit si a le-a caracterizat din punct de vedere structural. Partenerul 2 a sintetizat materiale care sa functioneze ca electrolit in acest tip de pile si le-a furnizat partenerului 3 pentru depunerea straturilor pe suporti de silciu si pe anozii obtinut de coordonatorul de proiect.

Pilele de combustie (SOFC ) sunt dispozitive electrochimice complexe care transformă direct energia chimică înmagazinată în diverse materiale active în energie electrică, cu randamente mari în comparaţie cu echipamentele clasice care folosesc combustia [1]. Acest tip de celule de combustie funcţionează la temperaturi ridicate (600-1000ºC) pentru a asigura o conducţie ionică adecvată în electrolit: energia generată este obţinută prin oxidarea combustibilul la anod şi reducerea oxidantului (aer sau oxigen) la catod, cu o pierdere de electroni din partea unuia şi cu un câştig pentru celălalt. Aceste temperaturii ridicate conduc la scăderea activităţii electrozilor si degradarea părţilor componente, ce alcătuiesc celula de combustie: anodul, catodul şi electolitul.

Astfel, unul din obiectivele acestui proiect este reducerea temperaturii de funcţionare a celulei de combustie prin dezvoltarea unui dispozitiv de tip IT-SOFC, într-un domeniu intermediar de temepratură (550-700ºC), fără a compromite performanţele materialelor componente precum eficienţa, stabilitatea pe termen lung (atât chimică cât şi termică) şi compatibilitatea dintre electrozi şi electrolit. Rezultatele obtinute prin abordarea unor noi metode sinteza (CP, P1, P2) si investigarea preliminara precum si tehnicile de obtinere a filmelor subtiri precum depunerea laser pulsata, folosita pe P3, arata in modul cel mai clar ca aceste materiale sunt promitatoare, performantele pilelor de comubustie putand fi imbunatatite

In cadrul Etapei nr 1 au sintetizat materiale oxidice de tip oxid de zirconiu stabilizat cu oxid de ytriu (YSZ) modificat cu metale tranzitionale (Cu, Ni) dar cu lantanide (Ce, Pr, Er) folosind chimia preparativa asistata de surfactanti. Scopul a fost de a obtine materiale oxidice cu structuri de mezopori si dimensiuni de particula mici, folosind surfactanti neionici ca agenti de directionare ai structurii. Organizarea impusa de surfactantul neionic, prezinta avantajul ca prin formarea micelelor de asociatie ionii metalici sunt prinsi intr-o retea cristalina care se definitiveaza in urma tratamentului termic aplicat.

Un alt scop urmarit a fost acela ca reducand dimensiunea de particula sa obtinem si un grad mare de omogenitate al probelor cu o dipersie inalta a elementelor asamblate intr-o structura cubica de tip fluorit.

Page 10: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

Activitatea 2.1. Prepararea de catozi pentru pile de combustie de temperatura intermediara (IT-SOFC) prin metoda citrat.

Pentru prepararea materialelor cu structură de tip perovskit s-a utilizat metoda citrat în care ionii metalici sunt stabilizaţi într-o reţea organică. Metoda citrat este aproape identică cu metoda Penchini, singura deosebire constând în faptul că azotaţii metalici sunt dizolvaţi în apă în loc de alcooli, acest aspect reprezentand o solutie economica dar si de protectie a mediului. Prin această metodă putem obţine materiale conţinând mai multe elemente, caracterizate de o bună omogenitate şi se realizeaza un control riguros al stoechiometriei materialului. Se pot obţine pulberi fine de oxizi după tratamente termice adecvate. Agentul de complexare utilizat este acidul citric care suferă un proces de poliesterificare prin încălzire şi urmat de un proces de dechelare care are loc în timpul evaporării soluţiei de precursor. Continuând încălzirea se obţine un gel sticlos şi transparent.

In alegerea elementelor constitutive ale catozilor, un rol important il joaca factorul de toleranţă Goldschmit, care ne indica dacă ionii metalici propusi pentru prepararea acestor oxizi formează sau nu o structură de tip perovskit stabila. Factorul de toleranţă Goldschmit, t, consideră o celulă perovskitică ideală, prin stabilirea unei relaţii între suma razelor cationilor implicaţi în celulă, când valoarea raportului este egală cu 1 (ecuaţia 1).

Un perovskit cu structură cubică se formează atunci când factorul de toleranţă se află în domeniul 0,85 < t <1,0. Când factorul de toleranţă este diferit de 1 apar distorsiuni care se datorează faptului că dimensiunea cationului A este prea mică, reducând astfel simetria cristalină şi modificarea proprietăţilor fizice ale compuşilor.

Pentru materialele sintetizate în această etapă, factorul de toleranţă Goldschmit s-a dovedit a fi în domeniu optim pentru obţinerea unor materiale oxidice cu structură de tip perovskit stabilă, astfel:

- Nd0.6Sr0.4Co0.8Cu0.2O3-δ (NSCC) - t=0.88,- La0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (LSCF1) - t=0.91, - Pr0.5Ba0.5Cu0.8Fe0.2O5+δ (PBCF) - t=0.95.

2.2. Prepararea de noi sisteme nanocristaline folositi drept catozi prin metode neconventionale – metoda asistata de microunde

O metodă neconventionă utilizată în acest proiect pentru prepararea de noi materiale cu compoziţia Nd0.6Sr0.4Co0.8Cu0.2O3-δ (NSCC) şi Pr0.5Ba0.5Cu0.8Fe0.2O5+δ (PBCF) este metoda asistata de microunde

(1)

Page 11: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

Activitatea I.3. Prepararea de noi oxizi solizi nanostructurati cu structuri de tip fluorit si de tip pyroclorOxizi solizi cu structura de tip fluorit

Oxizii solizi cu formula generala MO2 cu structura de tip fluorit sunt utilizati ca electroliti in pilele de combustie ceramice. Electrolitul folosit uzual la confectionarea SOFC este oxidul de zirconiu stabilizat cu ytriu (YSZ). Astfel de pile de combustie opereaza la temperaturi ridicate (aprox. 1000 °C).In prezent, cercetarile din domeniul SOFC vizeaza diminuarea temperaturii de functionare a SOFC pana la 500-700°C. Scaderea temperaturii de operare duce insa, din punct de vedere al electrolitului, la cresterea rezistentei interne a celulei. De aceea, trebuie identificate noi materiale si noi tehnologii de confectionare a filmelor subtiri care sa conduca la obtinerea unor conductivitati apreciabile in domeniul temperaturilor intermediare. Activitatile desfasurate in cadrul acestei etape au vizat sinteza unor materiale pentru electrolitul SOFC.Studiile efectuate pana in prezent la UCV au aratat faptul ca metoda de sinteza are o influenta semnificativa asupra temperaturii de sinterizare si a conductivitatii electrice a pulberilor oxidice pe baza de oxid de ceriu. Utilizand Triton X-100 in procedeul de sinteza al pulberilor oxidice, temperatura de sinterizare a fost diminuata cu aprox. 200 °C, imbunatatindu-se totodata si conductivitatea ionica a materialelor sinterizate [1]. In scopul imbunatatirii suplimentare a comportamentului la sinterizare si a conductivitatii ionice a materialelor pe baza de oxid de ceriu, acestea au fost dopate cu Co, Fe si Bi (utilizati adesea ca aditivi de sinterizare). Introducerea acestor ioni in amestecul de reactie nu a condus la scaderea temperaturii de sinterizare a pulberilor.De aceea, pulberea de oxid de ceriu co-dopata cu Sm si Gd cu compozitia Ce0.85Gd0.05Sm0.10O2- obtinuta prin metoda Pechini modificata prin utilizarea surfactantilor a fost impregnata cu cantitatile corespunzatoare de azotati de Co, Fe si Bi (0.5 % mol M). Oxizi solizi cu structura de tip piroclorOxizii de tip piroclor de tipul A2B2O7 se bucura de un interes deosebit datorita proprietatilor lor electrice si catalitice deosebite. Poseda o structura cubica cu fete centrate (grup de spatiu ). De obicei, centrul A este ocupat de un cation trivalent al pamanturilor rare octacoordinat, in timp ce B este ocupat de un cation tetravalent al elementelor tranzitionale tetracoordinat [2]. Structura cristalina a Gd2Ti2O7

In structura Gd2Ti2O7 exista doua tipuri de poliedre: GdO8 si TiO6 – acesta avand doi centri neocupati cu oxigen. Prin urmare, datorita vacantelor intrinseci de oxigen, conductia ionica in structura de tip piroclor se instaleaza la temperaturi mai mici decat cele caracteristice structurii de tip fluorit (nedopat). In plus, doparea centrilor Gd si/sau Ti poate determina cresterea conductivitatii ionice a oxidului.Oxizii solizi de tip piroclor pe baza de Gd2Ti2O7 au fost sintetizati prin metoda Pechini. Drept precursori s-au utilizat Gd(NO3)36H2O, Ti(OPr)4, Sr(NO3)2, MnCl22H2O

Page 12: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

Figura 1. Schema de ansamblu a dispozitivului experimental de

depunere prin metoda combinata laser-plasma

Activitatea 1.4 Depunerea anozilor si electrolitilor sub forma de film subtire pe suporti de siliciu monocristal

Dispozitiv experimental pentru depunere laser pulsata asistata de descarcare RFDispozitivul experimental configurat pentru depunerea filmelor de tip anod si electrolit pentru celule de combustie

functionand cu biogas reprezinta un ansamblu integrat ce contine un sistem clasic de depunere laser pulsata la care a fost adaugata o sursa de plasma de radiofrecventa de tip jet de plasma in expansiune directionat spre substrat. O reprezentare schematica a sistemului este prezentata in Figura 1.

Pentru iradierea tintei a fost utilizata radiatia provenita de la un laser cu excimeri in amestec ArF* , model Coherent Compex Pro 205. Acesta prezinta emisie in UV, la λ = 193 n, si o largime a pulsului de 25 ns. Laserul de ultima generatie este prevazut cu un dispozitiv de monitorare a energiei cu stabilizare a puterii de iesire care asigura repetabilitatea energiei per puls.

Tinta folosita pentru obtinerea electrolitului sub forma de film subtire a fost una ceramica de YSZ, cu un continut de Yttria de 8%, achizitionata de la o companie specializata in fabricarea de tinte (American Chemicals). Tintele de anod au fost furnizate de Institutul de Chimie- Fizica, fiind un amestec de oxizi de zirconiu stabilizat cu ytriu si dopat cu oxid de ceriu si oxid de cupru, tip Cu2O-CeO2-Y2O3-ZrO2 sintetizat folosind un surfactant ionic CTAB ca agent de directionare a structurii. Procedura de sinteza a materialului anodului a fost cea prin tratament hidrotermal, iar precipitatul obtinut a fost uscat la 100° C si ulterior calcinat la 650 °C.

In timpul procesului de depunere, tintele au fost montate pe un sistem de rotatie-translatie pentru a asigura la fiecare puls o suprafata neteda a tintei si pozitionat la un unghi de incidenta a radiatiei laser de 45 °. Substratul, plasat la 4.5 cm in fata tintei, este montat pe un suport care permite incalzirea controlata pana la o temperature de maxim 800 °C.

Camera de depunere a fost pompata initial pana la o presiune limita de 6x10-5 mbar printr-un sistem de vid, compus dintr-o pompa preliminara si o pompa turbomoleculara asistate de joje pentru masurarea presiunii in camera de reactie. In timpul depunerii, in incinta este introdus, fie in background, fie prin sursa de plasma in cazul depunerii asistate de descarcare RF, un flux de oxigen care sa asigure o presiune de lucru de 8x10-2 mbar.

Page 13: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

REZULATE ESTIMATE ETAPA 2

Raport de etapa (stiintific si contabil)

Diseminare rezultate conferinte

1 articol ISI

1 brevet national OSIM

Evaluarea fizico-chimica a anozilor prin tehnicile:XRD, BET, SEM, TEM, HRTEM, XPS

Evaluarea fizico-chimica a catozilor prin tehnicile:XRD, BET, SEM, TEM, HRTEM, XPS

Rezultatele testelor catalitice folisind biogaz ca si combustibil

Rezultatele masuratorilor de conductivitate prin spectroscopia de impedanta

Evaluarea compozitiei si topografiei prin SIMS si AFM

Page 14: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

REZULTATE STIINTIFICE ETAPA 2

Perioada de derulare: 01.12.2012 – 30.11.2012

Etapa II - Evaluarea electrozilor si electrolitilor

ActivitateaII.1 Evaluarea structurala, texturala si morfologica a anozilor

Acticitatea II.2 Caracterizarea fizico-chimica a catozilor

Activitatea II.3 Evaluarea catalitica a anozilor si catozilor

Activitatea II.4 Evaluarea proceselor de sinterizare si a conductivitatii electrolitilor

Activitatea II.5. Realizarea filmelor subtiri prin abaltie laser

Activitatea II. 6 Evaluarea compozitiei si topografiei filmelor obtinute

Page 15: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

Investigarea structurii cristaline prin XRD si Raman a anozilorS-a urmarit obtinerea de materiale cu o porozitate ridicata, indusa de utlizarea surfactantilor ca agenti de directionare a structurii, dar in acelasi timp s-a dorit inglbarea tuturor elementelor introuse din precursori anorganici intr-o matrice oxidica care sa prezinta o structura cristalina bine definita si sa se obtina o singura faza cristalina Astfel pulberile obtinute au fost investigate din punct de vedere structural folosind Difractia de raze X si Spectroscopia Raman. Rezultatele au evidentiat faptul ca probele au prezentat o structura cristalina care se indexeaza intr-o simterie cubica de tip fluorit. Nu au fost evidentiate faze secundare caraceristive vreunui element. Figura 1 arata difractogramele de raze X pentru pulberile de tip NiO-CeO2-YSZ calcinate la diferite temperaturi.(600, 800 si 900 oC). Peak-urile de difractie arata dimensiunile mici de cristalita si mascheaza prezenta simetriei cubice distorsionate. Peak-urile de la 34 respectiv 73 o corespunzatoare fetelor cristaline 200 si 400 arata un singur maxim pentru probele calcinate la 600 si 800 oC (NCYZTR600 si NCYZTR900) care corespund unei retele de tip cubic. In cazul probei calcinata la 900 oCumarul peak-lui pentru fata cristalina 200 este foarte clar impartit in doua peak-uri 400 si 004 distorsionate , ceea ce indica prezenta unei rtele de tip tetragonal.

200 400 600 800

NCYZTR900

NCYZTR800

Inte

nsity

(arb

itrar

y un

its)

Raman Shift (cm-1)

NCYZTR600

1 2 3 4

Inte

nsity

, a.u

.

2 theta, degree

NCYZTr_600

Figura 1. Difractogramele de raze X si shiftul Raman pentru probele NCYTR600, NCYZTR800, NCYZTR900

Page 16: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

Investigarea structurii cristaline prin XRD si Raman a electrolitilor

Electrolitii obtinuti in cadrul Etapei 1 – 2012 au fost caracterizati prin difractie de raze X si spectroscopie Raman. Difractogramele de raze X si spectrele Raman caracteristice pulberilor si pastilelor sinterizate sunt prezentate in Fig. 1-3 Difractogramele de raze X ale tuturor probelor investigate au prezentat numai picurile caracteristice structurii de tip fluorit. In plus, dupa sinterizare largimea picurilor scade (indicand o crestere a dimensiunii cristalitelor), iar intensitatea lor creste.

20 30 40 50 60 70

Inte

nsita

te (u

.a.)

2

pulbere pastila(a)

200 400 600 800 1000

Inte

nsita

te (u

.a.)

Numar de unda (cm-1)

pulbere pastila(b)

Figura 1. Difractogramele de raze X (a) si spectrele Raman (b) ale probelor cu Bi (pulberea calcinata si pastila sinterizata)

20 30 40 50 60 70

Inte

nsita

te (u

.a.)

2

pulbere pastila(a)

200 400 600 800 1000

Inte

nsita

te (u

.a.)

Numar de unda (cm-1)

pulbere pastila(b)

Figura 2. Difractogramele de raze X (a) si spectrele Raman (b) ale probelor cu Co (pulberea calcinata si pastila sinterizata)

20 30 40 50 60 70

Inte

nsita

te (u

.a.)

2

pulbere pastila

200 400 600 800 1000

Inte

nsita

te (u

.a.)

Numar de unda (cm-1)

pulbere pastile

Figura 3. Difractogramele de raze X (a) si spectrele Raman (b) ale probelor cu Fe (pulberea calcinata si pastila sinterizata)

Difractogramele de raze X ale tuturor probelor investigate au prezentat numai picurile caracteristice structurii de tip fluorit. In plus, dupa sinterizare largimea picurilor scade (indicand o crestere a dimensiunii cristalitelor), iar intensitatea lor creste. Parametrii de retea caracteristici probelor investigate au fost obtinuti prin afinarea Rietveld cu ajutorul Fullprof (Tabelul 1).

Proba Parametru de retea pulbere

calcinata la 550 °C, Å

Parametru de retea pastila

sinterizata la 1200 °C, Å

CGSBi 5.4271 ± 0.0007 5.4252 ± 0.0002

CGSCo 5.4273 ± 0.0007 5.4270 ± 0.00015

CGSFe 5.4268 ± 0.0007 5.4276 ± 0.00014

Tabelul 1. Parametrii de retea caracteristici pulberilor calcinate si pastilelor sinterizate

Page 17: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

Caracterizarea filmelor subtiri de electrolit si anod depuse prin ablatie laser asistata de descarcare RF

Au fost realizate investigatii privind topografia suprafetelor filmelor depuse prin microscopie de forta atomica (AFM) in modul non-contact, care implica ridicarea varfului la 50-150 Å deasupra filmului iar forţele atractive care acţionează intre vârf şi suprafaţa deformează consola. Prin măsurarea variaţiei amplitudinii, fazei sau frecvenţei consolei in funcţie de variaţia forţelor de interacţiune, rezultă morfologia suprafeţei.

Au fost investigate arii de pana la 20x20 m2, pentru a determina atat imaginea de ansamblu a filmelor, cat si detaliile topografice. Rezultatele tipice obtinute pentru probele depuse pe Si si respective Pt/Si sunt prezentate in Figura 2, impreuna cu valorile rezultate pentru rugozitate pentru fiecare arie scanata.

Figura 2. Imagini de microscopie de forta atomica ale suprafetelor probelor depuse in conditii experimentale identice, pe substraturi de Si(100) (a) si respectiv Pt/Si (b)

Page 18: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

DISEMINARE REZULATE STIINTIFICE OBTINUTE:

• Conferinte internationale:

S. Somacescu, J. M. Calderon-Moreno, P. Osiceanu, (Ni, Ce)-YSZ Nanoparticles : Synthesis, morphology and surface chemsitry investigations , XI International Conference on Nanostructured Materials, 26-31 August 2012, Rhodos, Grecia. (COORDONATOR - ICF)

B. Mitu, R. Pascu, G. Epurescu, M. Dinescu, N. Cioatera2, S. Somacescu and P. Osiceanu, Investigation of structure, surface chemistry and electrochemical performances of SOFC electrolytes thin films and combined anode/electrolytes structures, Symposium O : Synthesis, processing and characterization of nanoscale multi functional oxide films IV of the E-MRS 2013 Spring Meeting, Congress Center in Strasbourg. (PARTENER 3 -INFLPR)

N. Cioatera, L. Stanciu, A. Rolle, E. Capoen, C.I. Spinu, R.N. Vannier, M2Ti2O7 (M=Y, Gd, Sm) PYROCHLORES. STRUCTURAL AND ELECTROCHEMICAL INVESTIGATIONS, The 19th International Conference on Solid State Ionics, Kyoto, Japan, June 2-7, 2013. (PARTENER 2 - UCV)

M. Florea, C. Rotaru, S. Somacescu and P. Osiceanu, Microwave assisted synthesis of perovskites as cathodes for SOFC: structural, textural and surface chemistry investigations, 11th European Congress on Catalysis – EuropaCat-XI, Lyon, France, September 1st-6th, 2013. (PARTENER 1 – UB)

Page 19: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

• Conferinte nationale:

M. Florea, C. Rotaru, S. Somacescu and P. Osiceanu, Synthesis of perovkites materials as cathodes for IT-SOFC, ROMCAT Conference 2013, Cluj-Napoca, Romania, May 29-31, 2013.(PARTENER 1 - UB)

S.  Somacescu, P.  Osiceanu, J. M. Calderon-Moreno, C.  Rotaru and M.  Florea, Microstructure and surface chemistry investigations on Pr0.5Ba0.5Cu0.8Fe0.2O5+δ and La0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ cathodes for IT-SOFCs applications, ROMPHYSCHEM XV, 2013, Bucharest, Romania, September 11-13, 2013.(COORDONATOR -ICF)

DISEMINARE REZULATE STIINTIFICE OBTINUTE:

Page 20: INSTITUTUL DE CHIMIE FIZICA “ILIE MURGULESCU” ACADEMIA ROMANA

• Articole publicate :

M. Filipescu, V. Ion, S. Somacescu, B. Mitu, M. Dinescu, Investigation of Ta2O5 and Ta2SixOy obtained by radio frequency plasma asssited laser abaltaion for gate dielectric applicationsApplied Surface Science, Volume 276, 2013, Pages 691-696 (PARTENER 3 - INFLPR, COORDONATOR - ICF)

ARTICOLE ISI:

• Articole trimise spre publicare : N. Cioatera, L. Stanciu, A. Rolle, E. Capoen, C.I. Spinu, R.N. Vannier, M2Ti2O7 (M=Y, Gd, Sm) Pyroclores.

Structural and elecrochemical investigations, trimis spre publicare la Solid State Ionics, Nr Manuscris: SSI-D-13-00481 (PARTENER 2 -UCV)

B. Mitu, R.Pascu, S. Somacescu, G. Epurescu, C. Luculescu, M. Filipescu, D. Colceag, P. Osiceanu, R. Birjega,

Pulsed Laser Deposition of YSZ based heterostructure, trimis spre publicare la Thin Solid Films, code O-P III.35 (COORDONATOR –ICF, PARTENER 3 – INFLPR)