Raport anual de activitate privind desfăşurarea programului nucleu Inginerie electrica pentru societate /INGENIOS Cod 35N Anul 2012

Contractor : INCDIE ICPE-CA Cod fiscal : RO 1382785 MACHETA nr. XII Durata programului: 4 ani Data începerii: 29 Data finalizării: 212 Raport anual de activitate privind desfăşurarea programului nucleu Inginerie electrica pentru societate /INGENIOS Cod 35N Anul 212 1. Scopul programului: Cercetari aplicative pentru dezvoltarea de sisteme, echipamente,dispozitive, materiale aplicabile in ingineria electrica, energetica, sanatate si mediu 2. Modul de derulare al programului: 2.1. Descrierea activităţilor (utilizând şi informaţiile din rapoartele de fază,macheta VIII): Obiectiv 1: Produse si materiale avansate pentru ingineria electrica Nr.tem Descrierea activitatilor a PN 35- În cadrul temei au fost continuate cercetări care se înscriu în tematica generală a 1-1 proiectului: de componente si sisteme microelectromecanice MEMS realizate prin tehnologii specifice, cu aplicabilitate în medicină, microfluidică si inginerie electrică. Faza 1.Microcomponentele electromecanice au fost realizate modele experimentale de actuatori în domeniul,1mn 2N, cu tensiuni electrice între 5 1Vcc, un senzor de fortă în domeniul 1cN..5N si un microgenerator tip harvesting cu: 2 V efectiv si 5V vârf la vârf (in regim de impuls mecanic) si microputere generată 5μW...2mW. Structura utilizată atât ca actuator cât si ca senzor si microgenerator tip harvesting este cu membrane de elastomer situate între doi electrozi rigizi pentru excitarea în câmp electric. În Fig.1 este prezentat un senzor de forta (tractiune) care are performante si ca microgenerator harvesting. Au fost realizate standuri pentru experimentarea actuatorilor, senzorilor si microgeneratoarelor tip harvesting, initiindu-se si noi metode de măsură si experimentare. Fig.1 Structura senzorului de tractiune (fortă). În ceea ce priveste proiectarea si realizarea unui model experimental-functional de traductor piezoelectric au fost realizate mai multe tipuri de traductoare ce au fost folosite la realizarea de dispozitive piezoelectrice pentru măsurarea vâscozitătii fluidelor si anume: traductor piezoelectric bazat pe principiul modificării frecventei de operare la imersarea în fluid (fig.2.a); celulă cu două traductoare de emisie si receptie situate pe fetele opuse (fig. 2.b) si dispozitiv cu două traductoare emisie receptie situate la o distanta fixă ce se imersează în lichid (fig. 2.c). Traductorul piezoelectric de formă cilindrică se bazează pe elemente ceramice piezoelectrice de tip 1

titanat zirconat de plumb dopat cu niobiu, PZT-Nb cu fete metalice realizate în institut. Pe una din fete a fost atasată o lamelă metalică cu rol de rezonator, pentru mărirea sensibilitătii traductorului, a fortei de vibratie si totodată pentru schimbarea frecventei de lucru a traductorului. Fig. 2. Dispozitive piezoelectrice de masurare a vascozitatii fluidelor Pentru stabilirea caracteristicilor electrice ale dispozitivelor piezoelectrice de măsurare a vascozitătilor fluidelor, (fluide cu vâscozităti apropiate) au fost experimentate mai multe tipuri de materiale piezoelectrice. Astfel s-au folosit elemente piezoceramice de tip zirconat titanat de plumb dopat cu frită de germaniu, notat PZTF, (provenientă INCDIE ICPE-CA), elemente piezoceramice achizitionate din comert, elemente ceramice - tot pe baza de PZT - dar dopat cu niobiu (provenientă INCDIE ICPE-CA). Un exemplu pentru frecventele de rezonantă determinate este prezentat în fig. 3. 1.4 1.2 aer 5% apa+5% glicerina glicerina apa 1. Admitanta Y[S].8.6.4.2. 35 4 45 5 55 6 65 7 Frecventa [khz] Fig. 3. Frecventa de rezonantă a traductorului cu element ceramic PZT- Nb. Traductoarele realizate sunt utilizate pentru determinarea vâscozitătii cinematice a fluidelor de diverse tipuri, dar principalul avantaj este că pot decela fluide cu vâzcozităti apropiate. Faza 2. Microsenzorii de presiune piezoelectrici au fost finalizate un algoritm de calcul si proiectarea pentru microsenzorii de tip embedded ce includ conceptie, schemă functională, breviar de calcul, scheme echivalente, determinări de coeficienti, ecuatia functională a microsenzorului piezoelectric. Au fost realizati la nivel de model experimental (în două variante dimensionale) microsenzori pentru evaluarea motilitătii membrului superior si structuri de matrici pe bază de microsenzori piezoelectrici sau de tip elastomeric la nivel experimental pentru evaluarea membrelor inferioare. S-a realizat o mănusă de evaluare medicala (Fig. 4) si au fost realizate experimente specifice caracterizării tehnice cum ar fi: coeficienti de elasticitate sau de amortizare, caracteristici de microdeplasare versus forta aplicată, reactante capacitive si impedante echivalente, metode dinamice de tarare a microsenzorilor piezoelectrici. 2

Fig. 4 Mănusă cu matrici de microsenzori pentru evaluare medicala. Au avut loc experimente specifice pentru aplicatiile din cadrul domeniului de evaluare dupa procedurile de reabilitare medicală sau a monitorizarii proceselor din antrenamentul sportiv: experimente privind compresiuni periodice sau aperiodice ale degetelor de la mână, stabilitatea posturală pe membrele inferioare (cu ajutorul matricii de microsenzori), studiul contactului piciorului în cadrul mersului, analiza solicitării succesive si în regim singular al presiunii de contact de scurtă si lungă durată a degetelor, studiul flexiei degetelor si al prinderii unei mingi. În ceea ce priveste cipurile de captare microfluidică s-au realizat calculul, conceptia si desenele de executie pentru cipurile de captare microfluidice tip laborator pe un chip, destinate separarii celulelor si/sau microorganismelor de acelasi tip, din sisteme complexe. S-au calculat si proiectat două cipuri de captare, unul destinat captării si separării eritrocitelor de limfocitele din sîngele uman, iar celălalt destinat separării algelor din apa marină (Fig. 5). Fig. 5 Microcip de separare alge marine Principiul de separare folosit a fost cel pe baza mărimii particulelor iar metoda aleasă a fost cea a deplasării lateral deterministe, folosind matrici cu piloni verticali si curgere laminară. Pentru separarea eritrocitelor de limfocitele din sîngele uman (diametrul eritrocitelor 5-7 μm iar diametrul leucocitelor 7-2 μm) s-a folosit o singură matrice cu diametrul critic de separare 7,12 μm iar pentru separarea algelor din apa marină s-au folosit două matrici de separare, în conformitate cu mărimea fiecărui tip de alge (diametrul 2-3 μm pentru aureococcus anophagefferens, 3-6 μm pentru chlorella stigmatophora, 1-15 μm pentru heterosigma akashivo si 1-15 μm pentru chlamydomonas), cu diametrul critic de separat 3 μm respectiv 8 μm. Căderea maximă de presiune pe circuitul microfluidic a fost de 5232,61 Pa. Pentru actionare s-a proiectat o micropompă cu actionare electromagnetică (bazată pe interactiunea dintre o bobină plană si un micromagnet permanent). Desenele de executie si simulările mecanice (Fig. 6) s-au realizat cu ajutorul programului SOLIDWORKS 29. 3

(a) Volumul teoretic de fluid dislocat, pentru h (b) Deformarea membranei din =,2 mm, r=4mm si R=1 mm camera micropompei Fig. 6 Simulări realizate cu programul SOLIDWORKS 29 Faza 3.Pentru realizarea unui microdispozitiv termoelectric au fost utilizate materiale ceramice semiconductoare de tipul Ca,9La,1MnO3 si Ca3Co4O9. Aceste materiale au fost sintetizate prin metoda sol gel si au fost procesate prin sinterizare prin presare isostatica în HIP sub forma unor comprimate cilindrice cu diametrul Φ=4mm si înăltime h=2mm în cadrul institutului. Plecându-se de la aceste materiale au fost realizate două microdispozitive termoelectrice cu un singur modul respectiv cu două module termoelectrice (1 modul=2 termoelemente). Stadiile de realizare ale microdispozitivului cu două module termoelectrice sunt prezentate în figura 7. a) b) c) Figura 7. Microdispozitiv termoelectric cu un doua module: a) desen 3D, b) placa-suport cu pastile montate, c) pastile conectate cu ajutoul unor trasee realizate cu pasta comductoare cu Ag si fire de legatura Modelele de microdispozitive au fost testate. Au fost comparate rezultatele proiectării cu rezultatele obtinute în urma testării microdispozitivului cu două module si s-au obtinut rezultate care confirmă algoritmul de proiectare. Ca aplicatie pentru microdispozitivul de conversie termoelectrică a fost proiectat si realizat un echipament adaptor pentru voltmetre care permite măsurarea diferentei de temperatură între fetele functionale ale microdispozitivului termoelectric. S-a proiectat si executat un model experimental de element de conversie microelectromecanică (microdispozitiv) şi al echipamentului aferent, care in banda de frecventă 1-11 Hz, asigură un semnal electric de tensiune, de max.1 V. Soluţia constructivă aleasă a fost realizarea unui senzor piezoelectric de compresie cu două elemente PZT inelare. Echipamentul de conversie a fost conceput ca un adaptor de semnal pentru senzor, care să furnizeze la ieşire semnal unificat, denumit unificator de semnal. 4

Senzorul piezoelectric realizat denumit MCMEM- este prezentat în figura 8. Fig. 8 Senzor piezoelectric model functional S-a realizat un amplificator de sarcină şi un amplificator de condiţionare semnal încorporat într-o carcasa ecranata cu capac detasabil. Fig. 9 Unificatorul de semnal model functional amplificator de sarcină, amplificator de condiţionare semnal si sursă alimentare (+/-12Vcc). PN 35-1-2 Realizarea activitatilor in cadrul proiectului a fost impartita in doua parti si anume: Partea I a proiectului consta in realizarea de magneti si electromagneti normal conductori si surse pentru acceleratoare de particule FAIR. Partea a II a a proiectului consta in realizare de electromagneti superferici si de bobine supraconductoare utilizabile la acceleratoarele de particule. Activitatile realizate in partea I a proiectului a cuprins trei faze de executie in anul 212 si acestea au fost urmatoarele: In cadrul fazei I/212 a proiectului au fost realizate urmatoarele: 1. Verificarea experimentala a distributiei spatiale a campului dipolar la electromagnetul steerer, pentru care a fost conceput si realizat si un stand de testare care cuprinde: electromagnetul propriu-zis; sursa de alimentare a electromagnetului; un gausmetru cu sonda Hall 3D; dispozitivul de pozitionare a sondei; un multimetru digital pentru masurarea curentului; o interfata pentru comunicarea intre gaussmetru si sistemul de comanda si achizitie de date; un sistem de calcul pentru introducerea comenzilor si salvarea datelor masurate; un cleste ampermetric; un multimetru digital cu senzor pentru monitorizarea temperaturii. 5

Standul realizat a permis determinarea valorilor inductiei magnetice intr-un numar foarte mare de puncte situate in intrefierul electromagnetului - 4.656 puncte, deci o caracterizare completa a distributiei campului magnetic. Performantele standului realizat sunt: - curent de testare furnizat de sursa de alimentare: max. 32 A; - domeniul de masurare a inductiei magnetice: 3 mgs... 3 kgs; - rezolutia de masurare a inductiei magnetice:,1 mgs; - precizia de masurare a inductiei magnetice:,1% din valoarea masurata; - domeniul de masurare a tensiunii: 1 mv... 1 V; - rezolutia de masurare a tensiunii: 1 nv; - precizia de masurare a tensiunii:,24%; - domeniul de pozitionare a sondei Hall 3D utilizata pentru masurarea inductiei: - deplasare liniara pe axa z: max. 28 mm; - deplasare liniara pe raza: max. 5 mm; - deplasare unghiulara:... 36 ; - precizia de pozitionare:,1 mm. Pe standul realizat a fost testat prototipul unui electromagnet steerer, realizat in colaborare cu SC ELECTROMAGNETICA SA Bucuresti si SC AAGES SRL Tg. Mures. Fig.1. Standul de masura. Fig.2. Electromagnetul Steerer. Echipamentul supus testarii este un electromagnet de tip dipol, destinat corectiei traiectoriei unui fascicul de particule incarcate electric cu un unghi de maximum 2 mrad. Precizia de executie impusa electromagnetului este foarte ridicata, majoritatea tolerantelor dimensionale si a abaterilor de forma si pozitie admisibile fiind de numai,2 mm. Pentru a verifica distributia spatiala a campului magnetic creat in intrefierul electromagnetului steerer a fost masurata inductia magnetica in puncte caracterizate de urmatoarele valori: r = mm / 7,5 mm / 15 mm / 22,5 mm / 3 mm / 37,5 mm; θ =... 345, cu un pas unghiular de 15 ; z =... 275 mm, cu un pas de masurare de 5 mm; I = 5 A / 1 A / 15 A / 2 A / 25 A / 34 A. Din determinari a rezultat ca: - inductia magnetica masurata corespunde din punct de vedere al valorilor maxime calculate, pentru toate cele 6 valori ale curentului de testare, in zona centrala a intrefierului (la z = 155 mm), valorile masurate depasindu-le pe cele calculate, in conditiile in care este vorba de un prototip realizat si testat in conditii inferioare celor impuse pentru productia de serie; - campul magnetic in intrefierul electromagnetului steerer are o buna omogenitate, erorile maxime obtinute fiind de,79% la un curent de testare I = 5 A,,98% la I = 1 A,,95% la I = 15 A,,96% la I = 2 A, 1,6% la I = 25 A, 1,7% la I = 34 A, in conditiile in care au fost luate in calcul si valorile masurate in puncte situate pe capatul si in afara intrefierului electromagnetului. Valorile obtinute prin masurare au fost reprezentate 2D, pentru distributia campului magnetic pe axa centrala a electromagnetului si 3D, pentru distributia campului magnetic pe axe longitudinale situate la razele si unghiurile in care s-au facut caracterizarile. 6

B(r,,z=155).4.3 B [T].2.1 4 3 2 r [mm] 1 1 2 [gr] 3 4 Fig.3. Reprezentarea 2D a distributiei campului magnetic B(r, θ). Fig.4. Reprezentarea 3D a distributiei campului magnetic B(r, θ, z). S-a elaborat metodologia de calcul a câmpului magnetic pornind de la valorile măsurate pe o circumferintă dată prin rezolvarea ecuatiei Laplace pe domeniul considerat: V cu conditia pe frontieră f B cos k. Cu ajutorul datelor experimentale s-a determinat conditia pe frontieră necesară calculului cu metoda propusă. Au fost stabiliti parametrii de intrare pentru conditia pe frontieră (in cazul ideal), respectiv B si r, pentru diferiti curenti si pentru diverse geometrii (cuadrupol, sextupol), acest lucru fiind necesar aplicării metodei propuse. S-a aplicat (validat) modelul de calcul analitic pe rezultatele experimentale obtinute la sextupol. Rezultatele sunt prezentate in figurile (5)- (7). Fig.5.Componeta tangentială a inductiei campului magnetic Fig.6.Componenta normală a inductiei campului magnetic Fig.7.Modulul inductiei magnetice. S-au evaluat abaterile valorilor experimentale de la cele calculate obtinându-se abateri 4 cuprinse între 8,9 1, 12882. Aceste abateri sugerează necesitatea reglării pozitiei bobinelor în interiorul sextupolului în vederea simetrizării distributiei acestora fată de axul magnetic al sextupolului. Erorile sunt redate în tabelul: 7

In cadrul fazei II/212, s-au realizat urmatoarele: S-a analizat si elaborat soluţia constructivă adoptată pentru sistemul de măsurare ce va fi realizat de către ICPE-CA, soluţie care stă la baza proiectului de execuţie a sistemului. De asemenea, s-a realizat un model de calcul care stă la baza aplicării metodei de măsurare cu bobine rotitoare, model ce vizează determinarea armonicelor câmpului magnetic cu ajutorul analizei Fourier. Elaborarea soluţiei constructive a sistemului de măsurare cu bobine rotitoare care va fi utilizat la caracterizarea câmpului magnetic produs de electromagneţii care vor fi executaţi pentru proiectul FAIR a pornit de la analiza configuraţiei geometrice şi a performanţelor impuse celor două tipuri de electromagneţi, sextupol şi steerer. Cilindrul pe care sunt amplasate bobinele armonice trebuie rotit în câmpul magnetic creat de electromagnetul supus testării. Viteza unghiulară de rotaţie trebuie să fie cât mai constantă, iar în anumite puncte să se efectueze achiziţia datelor măsurate şi transmiterea lor către echipamentele de prelucrare a datelor. Fig.8. Solutia constructivă principială a standului de măsurare Pe baza soluţiei constructive elaborate, s-a elaborat documentaţia de execuţie a sistemului de măsurare cu bobine rotitoare. Pentru aceasta s-a procedat mai întâi la elaborarea unei teme de proiectare care să conţină condiţiile tehnice pe care trebuie să le îndeplinească sistemul de măsurare. Tema de proiectare a fost elaborată şi analizată de către membrii colectivului de cercetare al proiectului şi supusă spre avizare conducerii departamentului în cadrul căruia se derulează proiectul. S-a realizat modelarea tridimensională a componentelor sistemului şi a ansamblului acestuia, după care s-au elaborat desenele de execuţie. Activităţile desfăşurate au ca scop final elaborarea unei documentaţii tehnice pe baza căreia să se poată executa un sistem performant de măsurare cu bobine rotitoare a câmpului magnetic creat de electromagneţii pentru acceleratoare de particule care vor fi realizaţi, testaţi şi livraţi către proiectul FAIR. Pentru a putea proceda la elaborarea documentaţiei de execuţie a sistemului de măsurare cu bobine rotitoare, a fost necesar să se eleboreze mai întâi modelele 3D ale componentelor sistemului. În acest scop a fost utilizat softwere-ul specializat SolidWorks Office Premium 29, softwere de tip CAD, care permite proiectarea parametrizată a produselor electromecanice şi analiza atât din punct de vedere dimensional, cât şi din punct de vedere al comportării la solicitările care apar în timpul funcţionării produselor. 8

Fig.9. Reprezentare spatiala a sistemului de masura. Principiul de testare a dipolilor, quadrupolilor şi sextupolilor folosind bobine rotitoare implică masurarea precisă a tensiunilor electromotoare generate de bobinele radiale şi tangenţiale, cu ajutorul unei plăci de achiziţie de precizie cu o rata de achizitie corelată cu viteza de rotire a bobinelor şi memorarea poziţiei unghiulare a bobinelor, poziţie determinată cu ajutorul unui encoder incremental în configuraţie X4 cu citire pe ambele fronturi de pe cele 2 canale. Aceste determinări se execută în timp ce bobinele sunt rotite la viteză constantă cu ajutorul unui motor electric pas cu pas cu micropăşire (58 paşi pe rotaţie). Structura stabilita a standului de măsurare cu bobine rotitoare este: 1. Suport stand cu bloc de granit şi structură de susţinere din profile metalice; 2. Motor electric pas cu pas Applied Motion tip HT23-61D; 3. Encoder incremental cu 1 de linii pe canal,tip E5-1-25; 4. Driver Applied Motion tip ST5-Si cu Si Programmer V2.7.19; 5. Cuplaj fix tip manşon, pentru transmiterea mişcării de la motor la cilindrul cu bobinele de măsurare; 6. Lagăre cilindrice gazostatice NEWWAY Air Bearings, S342; 7. Suporţi lagăre, pentru montarea lagărelor pe mesele de poziţionare şi pentru sprijinirea motorului pas cu pas; 8. Mese de poziţionare XYZ NEWPORT, M-562-XYZ şi M-562-XYZ-LH, echipate cu şuruburi micrometrice HR-13; 9. Cilindrul purtător al bobinelor armonice de măsurare; 1. Plăcile de achiziție NI PCI-6154 şi NI USB-6251; 11. Multimetru FLUKE 8846A cu port GPIB 488.2 conectat la computer prin intermediul unui adaptor GPIB-USB tip KUSB Keithley Instruments; 12. Amplificatoarele LT1128 și LT251; 13. Integrator PDI525; 14. Pachetului software de achiziție și control NI MAX și LabVIEW Signal Express pentru etapa de configurare și testare a subansamblelor și LabVIEW sau LabWindows/CVI pentru etapa de testare a electromagneţilor; 15. Sistem de calcul tip desktop sau laptop. 9

In cadrul fazei 3 : Elaborarea procedurii de măsurare a câmpului multipolar în vederea testării electromagneţilor pentru acceleratoare de particule au fost realizate urmatoarele: Elaborarea procedurii de masurare a campului magnetic multipolar, cu bobine rotitoare, pentru acceleratoare de particule (conf. Fig. 1.) - procedura PI-FAIR-1, EDITIA 1 din 11.212. Fig.1. Dispunerea bobinelor armonice pe cilindrul sistemului de masurare Sistemul de masura a campului magnetic cu bobine rotitoare are urmatoarele caracteristici: a) Bobina tangentiala: (Sb= 111 cm 2, Nr de spire =4,Conductor de Cu cu Φ=,6 mm, Rb 1 3 Ω) b) Bobina radiala: ( Sb= 333 cm 2, Nr de spire =1, Conductor de Cu cu Φ=,1 mm,rb 1 3 Ω). c) Bobina diametrala: (Sb= 111 cm 2, Nr de spire =2, Conductor de Cu cu Φ=,1 mm,rb 1 3 Ω). In cadrul fazei 4: Realizare si testare model experimental sistem de bobine supraconductoare si a sistemului de protectie impotriva quench-ului. Realizare şi testare model experimental de generator de impuls curent/tensiune cu parametrii controlabili pentru acceleratoarele de particule au fost realizate urmatoarele: 1. Model experimental de generator de curent/tensiune cu parametri variabili pentru acceleratoare de particule. Modelul experimental (fig.11) a fost realizat structurat pe module funcţionale. Astfel în figura de mai jos este prezentată o vedere de ansamblu a echipamentului în care se pot observa: ansamblul variator de tensiune şi generator IT (împreună cu kv-metrul de măsură a tensiunii de încercare) generatorul propriu-zis (compus din condensatoarele de stocare, elementele de comutaţie tiratroane, trigatroane, şi blocul de sincronizare pentru varierea lungimii impulsului). Datele de gabarit pentru cele două subansamble sunt: - sursa: 58x53x1 mm; cca 85 kg; - blocul generatorului de impuls: 14x1x97 mm; cca 42kg. 1

Fig. 11. Modelul experimental de generator urent/tensiune 2. Testarea si experimentarea modelului experimental pentru validarea parametrilor specifici ai generatorului de impuls. Testarea ME a urmărit în principal două obiective: pe de o parte obţinerea valorilor/oscilogramelor pentru înţelegerea corectă a funcţionării şi eventual pentru depanări, respectiv obţinerea oscilogramelor care să valideze atingerea performanţelor în raport cu parametrii de proiectare iniţiali. Testele au arătat că toate obiectivele proiectului au fost atinse, relativ la datele de proiectare impuse aşa cum se observă clar din oscilogramele prezentate. Astfel, parametrul cel mai dificil de obţinut (timpul de creştere cel mai scurt (1ns impus prin tema de proiectare) a fost realizat şi depăşit în sensul că s-a obţinut un timp de creştere mai scurt (89,5ns). In figura de mai jos, prin dilatarea scalei de timp a osciloscopului, s-a măsurat timpul de creştere (rise time) al acestui impuls pe o sarcină neinductivă de 17, obţinându-se un timp de creştere măsurat de 89,6ns, mai scurt decât timpul fixat prin tema de proiectare (1ns). Fig. 12. Demonstrarea obţinerii timpului de creştere (rise time) cel mai scurt (89.6ns) respectiv a impulsului cu durata cea mai mică (cca 3ns). In cadrul fazei 5: Sistem de măsurare si testare a electromagnetilor cu sondă Hall au fost realizate urmatoarele: -Realizarea modelelor 3D ale elementelor componente ale sistemului și a ansamblului general al sistemului de măsură cu sondă Hall. - Elaborarea, analiza şi avizarea temei de proiectare - Elaborarea documentatiei de executie a sistemului de măsură si testare a electromagnetilor - Realizare sistem de măsură si testare a electromagnetilor cu sondă Hall. 11

Astfel, in scopul realizării sistemului de măsură si testare a electromagnetilor cu sondă Hall au fost întreprinse următoarele: - au fost identificate elementele necesare a fi achiziţionate şi au fost efectuate procedurile de achiziţie a componentelor şi materialelor necesare pentru execuţia sistemului de măsurare şi în final procurarea lor; - au fost executate toate reperele din documentaţia tehnică elaborată; - a fost realizat sistemul de măsură şi testare a electromagneţilor cu sondă Hall (fig. 13.). Fig.13. Sistemul de masura al campului magnetic xu sonda Hall. Activitatile realizate in partea a II- a a proiectului a cuprins trei faze de executie in anul 212 si acestea au fost urmatoarele: In cadrul fazei I/212 a proiectului au fost realizate urmatoarele: 1. A fost verificata experimental distributia campului magnetic din interiorul unui electromagnet supraconductor cuadrupolar si s-a reprezentat distributia 3D a datelor experimentale. Aceste masuratori de camp magnetic s-au realizat in trei pozitii din interiorul cuadrupolului, conform schitei de mai jos (fig.14.) In scopul obtinerii rezultatelor experimentale ale valorilor campului magnetic cuadrupolar, a fost realizat si un sistem experimental de masura a campului magnetic cu 4 senzori Hall (fig.16) care a permis masurarea componentelor transversala respectiv longitudinala a campului magnetic cuadrupolar (fig.15) din trei pozitii de masura (la capetele campului si la mijlocul acestuia). Fig.15. Magnetul cuadrupolar supraconductor. Vedere interioara. Fig.16. Montajul de masura cu patru senzori Hall. 12

Senzorii Hall utilizati, au fost in prealabil calibrati prin utilizarea unor campuri magnetice permamente de valori cunoscute. Rezultatele calibrarii sunt redate in fig.17. 6 B=f(Uout) 4 camp magnetic [G] 2 2 4 6-2 -4-6 tensiune [V] Fig. 17. Graficul functiei de iesire a senzorului Hall de tip AD 22151. Fig.18. Sectiuni in campul magnetic cuadrupolar la r=5 mm si r=12 mm Datele experimentale au fost reprezentate 3D, acestea putand fi vazute in fig.18-2. Fig.19. Sectiuni planare in campul magnetic cuadrupolar functie de unghiul de masura. Fig.2. Sectiuni in campul magnetic cuadrupolar la capetele campului si in centrul sau. Analiza datelor experimentale comparativ cu cele calculate, au pus in evidenta diferente (abateri) variabile cuprinse intre 1-4,7% care pot fi explicate prin pozitionarea usor deplasata a bobinelor cuadrupolului fata de pozitia proiectata. 2. S-a realizat reprezentări 3D ale inductiei câmpului magnetic si ale componentelor tangentială si normală, din interior pentru câmpul magnetic de tip cuadrupolar si sextupolar. Rezultatele pentru cuadrupol sunt prezentate în figurile (21)-(23). 13

Fig.21. Componeta tangentială a inductiei campului magnetic Fig.22. Componenta normală a inductiei campului magnetic. Fig.23. Modulul inductiei magnetice Aceste reprezentari sunt rezultatul aplicarii metodei dezvoltate in cadrul obiectivului, pornind de la conditiile Dirichlet de pe frontiera domeniului de calcul. In cadrul etapei II/212, s-a realizat urmatoarele: 1. Calculul campului magnetic si a bobinei supraconductoare generatoare de 3T - calcularea parametrilor dimensionali si constructivi ai bobinelor supraconductoare. De asemeni au fost realizate modelarări 2D (fig. 24-25) si 3D (fig. 28-29) ale câmpului magnetic generat de bobinele supraconductoare, cu punerea in evidenta a uniformitatii campului magnetic in zona centrala (1-2 ) si a valorii proiectate a inductiei campului magnetic (3T). Modelare 2D a campului magnetic generat de bobinele supraconductoare este prezentat in fig.1-2, iar valoarea campului magnetic in zona de interes este aratata in fig.26. In fig.27 este prezentata variatia campului magnetic produs de sistemul de bobine functie de curentul de excitatie al bobinelor. Fig. 24. Inducţia magnetică generata de sistemul Helmholtz de galeti supraconductori pe axa sistemului Fig. 25. Harta inducţiei magnetice a sistemului de bobine- Modul şi sensul de închidere al liniilor de câmp magnetic 14

Fig.26. Inductia câmpului magnetic pe axa sistemului Helmholtz Fig. 27.Variatia inductiei câmpului magnetic in centrul sistemului Helmholtz functie de curentul injectat. Modelare 3D a campului magnetic. In fig. 28-29 sunt prezentate reprezentarile 3D ale sistemului de bobine si a campului magnetic generat, studiat cu programul COMSOL. Fig.28. Vedere 3D a sistemului de bobine. Fig.29. Modul de închidere al liniilor de câmp-vedere 3D. Ca urmare a calculelor de camp magnetic, au fost obtinute datele de proiectare ale bobinelor supraconductoare. Astfel, s-au obtinut urmatoarele: - realizarea bobinelor supraconductoare din banda HTS cu latime de 6mm si #.1mm. - realizare bobina sub forma de galet dublu - diametrul interior al bobinei/galet; 3mm - diametrul exterior: 1mm - grosime galet: 13mm In cadrul activitatii Calculul parametrilor termici de functionare a generatorului supraconductor, a fost realizata analiza conditiilor optime de functionare a bobinelor supraconductoare, in corelatie cu sistemul criogenic de racire si criostatul care contine si bobinele supraconductoare si sistemul criogenic de racire. S-au calculat influxurile termice catre bobinele supraconductoare in vederea obtinerii parametrilor de proiectare ai sistemului criostat-criocooler-bobine supraconductoare. Astfel, s-au gasit influxuri termice inferioare posibiliatilor de racire ale criocoolerului: 35W@5K pentru treapta I de racire si 1,5W@4,2K, pentru treapta a II-a de racire, ceea ce asigura ca geometria aleasa si materialele utilizate sunt adecvate obtinerii conditiilor optime de lucru ai sistemului. 3. În cadrul activitatii Proiectarea generatorului supraconductor-model experimental. Realizare bobina supraconductoare, au fost realizate următoarele lucrari: -elaborarea temei de proiectare a bobinelor supraconductoare, a sistemului criogenic de racire si a criostatului; 15

-realizarea proiectului de executie a modelului experimental de generator supraconductor, cuprinzand: desenul de ansamblu, desene subansamble si desene repere individuale -realizare bobina supraconductoare si a suportului acesteia. Pozele din fig. 3-32, arata bobina supraconductoare HTS realizata sub forma de galet dublu, si suportul acesteia. Fig.3. Bobina supraconductoare si suportul conductiv (vedere 1). Fig.31. Bobina supraconductoare suportul conductiv (vedere 2). si Fig.32. Bobina supraconductoare in suport si carcasa (vedere 3). Se remarca diametrul interior al bobinei, care permite trecerea unui canal central, la temperatura camerei, pentru acces la campul magnetic uniform produs de sistemul de bobine. Solutiile originale constructive au fost protejate prin cererea de brevet OSIM cu nr. A/352/18.5.212 pentru: Generator supraconductor de camp magnetic intens In cadrul etapei Realizare si testare model experimental sistem de bobine supraconductoare si a sistemului de protectie impotriva quench-ului. Realizare şi testare model experimental de generator de impuls curent/tensiune cu parametrii controlabili pentru acceleratoarele de particule s-au realizat urmatoarele: 1.Conceptia si dimensionarea sistemului de protectie la quench a bobinelor supraconductoare. Astfel, a fost formulata tema de proiectare a sistemului care sa aibe urmatoarele caracteristici: - timp maxim de detectie quench t QMAX =1µs - timp de reactie t R =1µs - 1 µs - energia descarcata W D =1kJ 1kJ 2.Model experimental de sistem de bobine supraconductoare HTS pentru producerea unui camp magnetic intens si a sistemului de protectie la quench. In cadrul obiectivului a fost realizat un model experimental de bobine supraconductoare cu urmatoarea structura (fig.33): Fig.33. Schema de ansamblu a sistemului de bobine supraconductoare HTS. cu urmatoarele caracteristici functionale: camp magnetic maxim produs 3T, neuniformitatea campului de 1-3, volum util camp min. 314 mm 3 16

In fig. 34-36 sunt prezentate elementele constructive ale modelului experimental. Fig.34 Criostatul sistemului. Fig.35. Crioracitor si ansamblul suport bobine cu bobinele supraconductoare Fig.36. Sistem de protectie activa pentru bobine supraconductoare. 3.Teste si experimente ale sistemului de bobine supraconductoare HTS si a sistemului de protectie impotriva quench ului A fost experimentat modelul experimental de bobine supraconductoare in configuratie Helmholtz. Testele la care au fost supuse bobinele supraconductoare si rezultatele obtinute: - Masurarea rezistentei electrice la temperatura camerei R 1 = 5,2 ±.1 Ohm respectiv R 2 = 4.41 ±.1 Ohm - Masurarea inductantei bobinelor supraconductoare L 1 =6,5 ±.13 mh si respectiv L 2 = 6.15 ±,12 mh - Teste de racire a bobinelor supraconductoare S-a determinat capabilitatea sistemului criogenic de a raci sistemul de bobine. S-au realizat teste de racire cu azot lichid si prin utilizarea criocooler-ului. - Determinarea curentului critic al bobinelor supraconductoare S-au determinat curentul critic al materialului supraconductor HTS si s-a gasit o valoare de Ic=12A iar curentul critic al bobinelor supraconductoare Ic=7A, la temparatura de 77K. - Calibrarea senzorului Hall de masurare a campului magnetic S-a realizat calibrarea senzorului Hall criogenic in camp magnetic calibrat. - Masurarea campului magnetic generat si a uniformitatii campului S-a masurat campul magnetic produs de sistemul de bobine supraconductoare, gasindu-se un camp B=3T pentru un curent de alimentare I=29A. S-a masurat campul magnetic in trei puncte din interiorul zonei de camp util, gasindu-se o neuniformitate db/b=1,1.1-3. A fost experimentat de asemeni si modelul experimental al sistemului de protectie la quench a bobinelor supraconductoare. In urma experimentarii modelului experimental s-au constatat urmatoarele: -Parametrii rezultati in urma experimentelor modelului experimental corespund intrutotul cu cei impusi de catre tema de proiectare, si anume: - Timpul maxim de detectie quench este de t Q =8 ns. Se remarca ca timpul de detectie real este mai mic decat timpul maxim de detectie quench stabilit prin tema de proiectare si anume t QMAX =1µs. - Timpul de reactie real se afla in intervalul t R =2.78 μs - 3.5 μs. Se remarca ca intervalul determinat pentru timpul de reactie real este inclus in intervalul pentru timpul de reactie stabilit prin tema de proiectare si anume t R =1µs - 1 µs. Solutiile originale constructive au fost protejate prin cererea de brevet OSIM cu nr. A/14/12.212, pentru Protectie activa pentru ansamblu de bobine supraconductoare multipolare. 17

PN 35-1-3 Materiale compozite cun proprietati mecanice performante Modele experimentale de materiale compozite avansate In această fază 1/212 s-a urmărit obtinerea de modele experimentale de materiale compozite avansate cu proprietăti mecanice si electrice performante, respectiv: -Model experimental de tesătură compozită absorbantă de radiatii electromagnetice în bandă de frecventă 2-16GHz si atenuare de min. 3dB -Model experimental de fibră grafitică cu aplicatii în ingineria electrică cu rezistivitate electrică de max. 1 Ωmm 2 /m si rezitentă la rupere de min. 2 Mpa -Model experimental de element ceramic cu anizotropie piezoelectrică ridicată -Model experimental de materiale compozite avansate de tip carbon-oţel realizate prin joncţiuni mecanice/fizice/chimice In scopul elaborarii de modele experimentale (ME) de tesatura compozita cu microfire electric conductoare ca element de ecranare au fost produse microfire conductoare metalice de sorturi diferite, dupa cum urmeaza: microfire de cupru obtinute prin procedee de trefilare, microfire metalice izolate in sticla cu miez metalic de cupru, microfire metalice izolate in sticla, pe baza de aliaje bogate in cobalt (cu caracter magnetic moale), de compozitie (in % at.): Co 77,1 Fe rest B 7,3 Cr 3,6 Mn 1 Si 1 si Co 75 Fe rest B 9,4 Cr 3,6 Mn 1 Si 11. Diametrul microfirelor produse este cuprins intre 1 si 3 μm si au o lungime de min. 5 m. Cu aceste microfire au fost realizate 6 tipuri de tesături compozite, respectiv fir dacron cu microfir Cu trefilat (a); fir dacron cu microfir aliaj Co 77,1 Fe rest B 7,3 Cr 3,6 Mn 1 Si 1 (b); Fir dacron cu microfir Cu trefilat + microfir aliaj Co 77,1 Fe rest B 7,3 Cr 3,6 Mn 1 Si 1 (c); Fir dacron cu microfir Cu cu invelis de sticla (d); tesatura numai cu fir de Cu trefilat (e); fir dacron cu microfir Cu cu invelis de sticla si microfir aliaj Co 77,1 Fe rest B 7,3 Cr 3,6 Mn 1 Si 1 (f) (Fig.1). a) b) c) d) e) f) Fig. 1 Tesaturi textile compozite Microfirele realizate au fost caracterizate din punct de vedere electric si testate pentru folosirea acestora ca material de insertie in structura textila. Firele micronice pentru umplutura, cat si tesaturile compozite textile realizate au fost caracterizate din punct de vedere al caracteristicilor microstructurale (microscopie optica, microscopie de forta atomica), al fazelor prezente (difractie de raze X) al caracteristicilor magnetice prin masuratori la magnetometrul cu proba vibranta şi al caracteristicilor electrice prin determinarea rezistivitatii cu sistemul PPMS de masurare a proprietatilor fizice). Caracterizarea tehnico functionala s-a realizat prin testari ale rezistentei la rupere utilizand instalatia de incercare la tractiune, ale microfirelor metalice, izolate in sticla sau neizolate, precum si ale firelor textile, de bumbac sau de tip dacon, precum si prin testari ale caracteristicilor de ecranare electromagnetica ale materialului compozit textil. 18

A fost elaborata o tehnologie pentru insertia microfirelor in structura matricei textile. S-a conceput si realizat dispozitivul pentru infasurarea microfirului pe firul textil ales, dispozitiv denumit in continuare Masina de torsadare microfir pe suport de tip fir textil 2. In scopul elaborarii de ME de fibra grafitica cu aplicatii în ingineria electrică cu rezistivitate electrică de max. 1 Ωmm 2 /m si rezitentă la rupere de min. 2 Mpa au fost efectuate urmatoarele: Caracterizarea fibrei precursor PAN prin: -studiul comportării termice a fibrei PAN în intervalul de temperatură corespunzator etapei de oxidare/stabilizare prin analiză termică TG-DSC în atmosferă oxidativă dinamică în intervalul de temperatură 25 C - 3 C; difracţie de raze X (DRX); caracterizarea structurală a fibrei PAN prin microscopie de forţă atomică (AFM); caracterizarea structurală a fibrei PAN prin spectroscopie IR; determinarea caracteristicilor electrice ale fibrei PAN prin spectroscopie dielectrică Experimentări privind stabilizarea-oxidarea fibrei PAN (parametri de proces: temperatură, timp, viteză de depănare, tensiune în fir), astfel au fost realizate modele experimentale de fibră PAN oxidată la diverse temperaturi şi viteze de depănare (temperaturile de tratament au fost următoarele: 2-22-24 C, 2-22-25 C, 21-23-25 C), vitezele de depănare, care se traduc în timpul de staţionare în cuptorul de oxidare au fost: 1 m/h, 2 m/h, 3 m/h, 3,1 m/h, 3,9 m/h şi 5,2 m/h Experimentări de carbonizare a fibrelor PAN oxidate, astfel au fost realizare modele experimentale de fibră precarbonizată (temperaturile de tratament au fost următoarele: 4-6- 9 C, 5-75-9 C), vitezele de depănare, care se traduc în timpul de staţionare în cuptorul de oxidare au fost: 4 m/h şi 6 m/h Fibrele PAN oxidate si precarbonizate obţinute au fost caracterizate din punct de vedere structural utilizand microscopia optică, microscopia elctronica de baleiaj (SEM), microscopia de forţă atomică (AFM), difracţia de raze X, FTIR, profil de densitate, funcţional, pentru a determina proprietăţile mecanice şi electrice ale acestora. 3.În scopul realizării de modele experimentale de element piezoceramic cu anizotropie ridicată, au fost realizate şase compoziţii din sistemul (Pb 1-3x/2 Me x )(Ti.98 Mn.2 )O 3 unde Me = Sm, Bi, Y şi x =,6;,8 şi anume: - Pb,88 Bi,8 (Ti.98 Mn.2 )O 3 - PbTiBi8 - Pb,91 Bi,6( Ti.98 Mn.2 )O 3 PbTiBi6 - Pb,88 Sm,8 (Ti.98 Mn.2 )O 3 - PbTiSm8 - Pb,91 Sm,6( Ti.98 Mn.2 )O 3 - PbTiSm6 - Pb,88 Y,8 (Ti.98 Mn.2 )O 3 - PbTiY8 Pb,91 Y,6( Ti.98 Mn.2 )O 3 PbTiY6. Au fost efectuate experimentări de realizare a materialului piezoceramic cu anizotropie ridicată utilizand doua variante de presare. Elementele piezoceramice obtinute au fost caracterizare din punct de vedere structural (difracţie de raze X şi Microscopie electronică (SEM), al proprietăţilor fizice (densitatea aparentă şi porozitatea aparentă), al proprietăţilor dielectrice (temperatură Curie, tangenta unghiului de pierderi şi capacitatea dielectrică), al proprietăţilor piezoelectrice (frecvenţă de rezonanţã şi antirezonanţã, coeficientul de cuplaj planar- kp, factorul de cuplaj în grosime kt) 4.În scopul realizării de modele experimentale de materiale compozite avansate de tip carbon-oţel realizate prin joncţiuni mecanice/fizice/chimice, au fost alese ca materiale suport două mărci de oţeluri (HX26BD şi HC38LA) hipereutectoide cu un conţinut de max. 1 % C, slab aliate, cu duritate Vickers şi rezistenţă mecanică mare, şi două tipuri de materiale carbonice (semifabricate electrografitice EGR14 şi EGR19). Au fost realizate caracterizări ale materialelor care constituie jonctiunea Metal- Carbon prin analize de determinare calitativă de fază (prin difracţie de raze X), determinarea densităţii (prin masurare si cantarire), determinarea microdurităţii Vickers şi a modulului Young cu metoda de calcul Oliver & Pharr, determinarea rezistenţei la încovoiere prin metoda în trei puncte, determinarea coeficientului de frecare şi a vitezei de uzură prin teste tribologice, analiza termogravimetrică, analiza termică diferenţială şi calorimetrie diferenţială dinamică si analize dilatometrice in vederea determinarii proprietatilor termice ale materialelor (coeficientul liniar de dilatare termica, pierderile de masa in materialul carbonic, temperatura maxima de utilizare a 19

materialului carbonic). Au fost realizate joncţiuni de materiale carbonice pe suport din oţel prin metoda de îmbinare prin lipire la rece cu material adeziv din răşini epoxidice (3 ME, notate 1-RE, 2-RE, 3-RE), metoda de îmbinare prin lipire la cald cu un material metalic de tip Sn-Cu 97-3 (3 ME, notate 1-ST, 2-RE, 3-RE) si metoda de îmbinare prin combustie (sinterizare în plasmă) (4 ME, notate 1-SPS, 2-SPS, 3- SPS, 4-SPS). Au fost caracterizate jonctiunile planare de tip carbon-otel prin teste mecanice de determinare a rezistenţei la încovoiere/rupere la forfecare prin metoda în trei puncte, determinare a microdurităţii Vickers şi a modulului lui Young si analiza morfo-structurală a joncţiunii de tip carbon-oţel prin microscopie electronică. Astfel, au fost stabilite doua tehnologii optime de realizare a joncţiunilor planare de tip carbon-otel la temperaturi scazute (<22 o C) si medii (<4 o C). Faza 2/212 la acest proiect o reprezinta Conceptie si realizare model experimental de materiale compozite cu continut scăzut de elemente deficitare In această faza, s-a urmărit conceptia si realizarea a cel putin 3 modele experimentale de materiale compozite cu continut scăzut de elemente deficitare acoperind gama de materiale compozite cu baza carbon, metal si ceramică neoxidică utilizând continuturi reduse de materiale deficitare, după cum urmează: -reducerea continutului de pământuri rare din magnetii permanenti prin nanostructurare -inlocuirea conductorilor de Al si Cu cu cei pe bază de materiale carbonice pe bază de nanotuburi -reducerea consumului de materiale ceramice prin miniaturizare 1.În scopul realizării de modele experimentale de magneti permanenti cu continut redus de pământuri rare, s-au realizat: patru variante compozitionale de aliaje din sistemul Nd-Fe-B. Compozitia chimica a acestora (in %at.) este: Nd 11 Fe 83 B 6 (corespunzatoare Nd 2 Fe 14 B+5%Fe); Nd 1,5 Fe 84 B 5,5 (corespunzatoare Nd 2 Fe 14 B+1%Fe); Nd 1 Fe 85 B 5 (corespunzatoare Nd 2 Fe 14 B+15% Fe) si compozitia stoechiometrica corespunzatoare compusului Nd 2 Fe 14 B. Aliajele au fost omogenizate, la temperatura de 11 o C, timp de 12 ore. Primele trei tipuri de aliaje vor fi procesate prin aliere mecanica, iar din cel de-al patrulea aliaj au fost procesata tinta de aliaj NdFeB, pe baza careia se vor depune filme subtiri de tip multilayer: Nd 2 Fe 14 B/Fe/Nd 2 Fe 14 B). Fig. 2 Aspecte din momentul turnarii pe tambur rotitor al benzilor de aliaj NdFeB Aliajele de compozitie: Nd 11 Fe 83 B 6, Nd 1,5 Fe 84 B 5,5 si Nd 1 Fe 85 B 5 au fost procesate in conditii diferite prin turnare pe tambur rotitor, obtinandu-se benzi precursoare, prelucrabile prin pulverizare prin explozie, in vedere obtinerii de pulberi nanocristaline (v. figurile 2 si 3). Conditiile obtinerii de pulberi prin acest procedeu neconventional impun ca benzile de aliaj NdFeB sa aiba o lungime si o latime cat mai mare. Benzile de aliaj NdFeB preparate au avut dimensiuni de ordinul zecilor de cm lungime si de ordinul a cativa mm latime. 2

a) b) c) Fig. 3 Benzi de aliaje NdFeB de diverse compozitii, preparate prin turnare pe tambur rotitor in conditii diferite a) Nd 1 Fe 85 B 5, v=15 m/s, dimensiuni duza 1 x,4 mm; b) Nd 1.5 Fe 84 B 5.5, v=15 m/s, dimensiuni duza 1 x,4 mm; c) Nd 11 Fe 83 B 6 v=1 m/s, dimensiuni duza 5 x,6 mm 2. În scopul realizării de modele experimentale de fibre macroscopice pe bază de nanotuburi de carbon pentru conductori electrici, au fost realizate urmatoarele: - un studiu de literatură cu privire la modalităţile de obţinere şi caracterizare a materialelor carbonice filiforme electroconductoare, privind aspecte teoretice ale obţinerii fibrelor PAN ce au fost utilizate ca precursor pentru fibrele de carbon electroconductoare şi tehnologia de obţinere a fibrelor de carbon; aspecte teoretice ale obţinerii nanotuburilor de carbon; aspecte teoretice ale obţinerii fibrelor de nanotuburi de carbon; aspectele teoretice ale obţinerii fibrelor compozite PAN/nanotuburi de carbon. - experimentări privind stabilizarea-oxidarea fibrei PAN (parametrii de proces: temperatură, timp, viteză de depănare, tensiune în fir), astfel au fost realizate 4 modele experimentale de fibră PAN oxidată la diverse temperaturi, viteze de depănare şi tensionări (temperaturile de tratament au fost următoarele: 215-235-25 C, 215-235-265 C), viteza de depănare, care se traduce în timpul de staţionare în cuptorul de oxidare a fost: 2 m/h, tensionarea: aplicarea unui moment de frânare proporţional cu viteza unghiulară de rotaţie a motorului de frânare, corespunzătoare unei viteze liniare setate de:, 1, 2 m/h. Fibrele PAN oxidate obţinute au fost caracterizate prin difracţie de raze X. - experimentări de precarbonizare a fibrelor PAN oxidate (Fig.4), au fost realizare 3 modele experimentale de fibră precarbonizată (temperaturile de tratament au fost următoarele: 4-75- 9 C, 5-75-9 C), vitezele de depănare, care se traduc în timpul de staţionare în cuptor au fost: 4 şi 8 m/h. Fibrele PAN precarbonizate obţinute au fost caracterizate prin difracţie de raze X. Fig. 4 Modele experimentale de fibra PAN oxidate S-au efectuat experimentări de carbonizare a fibrelor PAN precarbonizate, astfel au fost realizare 3 modele experimentale de fibră carbonizată (temperatura de tratament a fost de 15 C), vitezele de depănare, care se traduc în timpul de staţionare în cuptor au fost: 15, 18 şi 2 m/h. Fibrele PAN carbonizate obţinute au fost caracterizate prin difracţie de raze X 3.În scopul realizării de modele experimentale de ceramică pe bază de AlN pentru disipare termică în dispozitive electronice de putere, s-au realizat: 21

- un studiu de literatură cu privire la conceptia si realizarea unor modele experimentale de materiale ceramice pe baza de AlN pentru folosirea în construcţia componentelor electronice de putere precum şi procedeele tehnologice de realizare de corpuri ceramice monobloc şi de straturi subţiri. Materialele ceramice pe bază de nitrură de aluminiu sunt caracterízate de proprietăţi care oferă o conductivitate termică excelentă (18~2W/m K) fiind utilizate în diverse aplicaţii (semiconductori, în cuptoarele cu microunde, aplicaţii optice, electronice). Nitrură de aluminiu este un material non-toxic şi poate fi o alternativă la oxidul de beriliu, avînd o conductivitate termică de aproape opt ori mai mare decât alumină. Din analiza datelor din literatura, se desprinde concluzia că utilizarea AlN în locul Al 2 O 3 ca material electroizolant şi termoconductiv la proiectarea şi fabricarea substratului ceramic în compo-nentele semiconductoare de putere este o măsură benefică cu efecte pozitive asupra posibilităţii de reducere a dimensiunilor componentelor semiconductoare conservând, în acelaşi timp, performanţele acestora în ceea ce priveşte caracteristicile electrice de funcţionare şi capacitatea de disipare a energiei termice acumulate în dispozitivul semiconductor în timpul funcţionării. - 2 modele experimentale de material ceramic pe bază de AlN monolit, cu adaosuri de sinterizare de 2% Y 2 O 3 (notat A1) şi respectiv 2% Y 2 O 3 +1,5% CaF 2 (notat A2) (Fig.5). Epruvete cu ø22 au fost realizate prin presare la cald (HIP) la 165 şi 175 o C, obţinându-se epruvete ceramice de AlN bine consolidate, dar având încă un grad redus de densificare la temperaturile folosite. A1 A2 Fig.5 Probe ceramice de AlN rezultate din sinterizarea prin presare la cald Au fost efectuate experimetari preliminare de obtinere straturi subţiri de AlN pe substraturi de Al 2 O 3 şi sticlă prin tehnologia magnetron sputtering. Modele experimentale de AlN cu 2% Y 2 O 3 si AlN cu 2% Y 2 O 3 +1,5% CaF 2 obtinute prin presarea la cald au fost caracterizare din punct de vedere, structural (difracţie de raze X şi Microscopie electronică (SEM), al proprietăţilor fizice (densitatea aparentă şi porozitatea aparentă), al proprietăţilor electrice (rezistenţei electrice, a impedanţei şi a pierderilor dielectrice (tg ). Faza 3/212 Caracterizare modele experimentale In cadrul proiectului in faza anterioara au fost elaborate esantioane de modele experimentale, dupa cum urmeaza: -modele experimentale de material compozit carbonic destinat înlocuirii conductorilor de Al şi Cu -modele experimentale a materialelor compozite prin reducerea continutului de pamanturi rare din magneti permanenti prin nanostructurare -modelelor experimentale de materiale ceramice compozite pe baza de AlN ce se pretază la miniaturizare Obiectivul acestei faze a constat in caracterizarea modelelor experimentale realizate utilizând tehnici de analiză microstructurală SEM, TEM, EDX, analiza de faze prin difractie de raze X; măsurători magnetice VSM, curbe histerezis si curbe de prima magnetizare, măsurătoti electrice: constanta dielectrică, tangenta unghiului de pierdere, rezistivitatea de volum; măsurători termicecoeficient de dilatare, conductivitatea termică, căldura specifică. In scopul realizarii obiectivelor acestei etape, au fost caracterizate: 1). Modele experimentale de fibră PAN oxidată (FPO), precarbonizată (FPPC), respectiv carbonizată (FC) şi grafitizată (FG) prin difracţie de raze X, Spectroscopie FTIR-ATR şi Raman, 22

SEM, TEM, microscopie optică, determinarea rezistenţei mecanice şi a rezistivităţii electrice. Din analiza rezultatelor caracterizarii prin difractie de raze X, se constată apariţia liniei (2) la ~26 specifică elementului carbon; la probele precarbonizate FPPC-9 se constată o creştere în intensitate a picului (2); probele carbonizate FC-15, FC-18 şi grafitizată FG- 2 prezintă o creştere în intensitate a picului (2), cât şi o ascuţire a acestuia; cu toate acestea, la 2 C nu s-a atins încă structura grafitică. Din caracterizarile spectroscopice FTIR, a rezultat un efect skin-core la stabilizarea materialului, evidenţiat de o serie de diferenţe compoziţionale, care necesită o investigare suplimentară şi stabilirea unor eventuale corelaţii între acestea şi proprietăţile finale ale fibrelor obţinute. Din analiza SEM se constata o reducere a diametrului fibrelor precarbonizate, carbonizate şi grafitizate, fapt confirmat şi de microscopia optică. Se observă, de asemenea structura de suprafaţă specifică a fibrelor de carbon obţinute din precursor PAN, cu striaţii, însă odată cu creşterea temperaturii de tratament termic acestea nu mai sunt la fel de pronunţate. Prin microscopie TEM s-a putut determina distanţa dintre planele atomice de carbon, având valori de aproximativ,36 nm (3,6 Å), distanţa interplanară în celula de grafit hexagonal fiind de 3,354 Å. Din analiza rezultatelor mecanice si electrice, se constată că fibra grafitizată la 2 C, FG-2, prezintă o creştere a rezistenţei mecanice (693,2 MPa) şi o scădere a rezistivităţii electrice faţă de fibra carbonizată FC-15; pentru fibrele precarbonizate FPPC-9 se observă o creştere de 1 ori a modulului elastic şi o creştere de 1,5 ori a rezistenţei la rupere; alungirea scade de aproape 14 ori; modulul elastic al fibrelor carbonizate FC-15, FC-18 şi grafitizată FC-2 creşte de aproximativ 2 ori faţă de fibrele precarbonizate. 2). Modele experimentale de materialelor compozite obtinute prin reducerea continutului de pamanturi rare din magneti permanenti prin nanostructurare,au fost caracterizate din punct de vedere structural (XRD, AFM, SEM) si magnetic. Au fost caracterizate esantioane de nanocompozite magnetice, in patru variante compozitionale corespunzatoare compusului Nd2Fe14B, fie hiperstoechiometrice, cu surplus de 5, 1 si 15 % Fe: Nd11Fe83B6 (corespunzatoare Nd2Fe14B+5%Fe); Nd1,5Fe84B5,5 (corespunzatoare Nd2Fe14B+1%Fe); Nd1Fe85B5 (corespunzatoare Nd2Fe14B+15% Fe), in stare turnata, benzi amorfe si pulberi. Din determinarile structurale (XRD, AFM, SEM) a rezultat ca: - pentru aliajul in stare turnata se releva coexistenta a 3 faze: faza magnetic dura Nd2Fe14B, faza magnetic moale α-fe si faza Nd4.4Fe77.8B17.8, cunoscuta in literatura de specialitate ca fiind precursoare a unor structuri cu proprietati magnetice, obtinute prin aplicarea unor tratamente termice specifice de revenire; pentru aliajul de tip benzi amorfe marirea vitezei de turnare de la v = 1 m/s la v = 15 m/s a condus la pastrarea structurii preponderent amorfe a probelor, se considera ca diametrul critic al grauntilor de faza magnetic moale trebuie sa fie dublul latimii peretelui de domeniu al fazei magnetic dure, care in cazul Nd2Fe14B este in jur de 5 Å.; pentru aliajele sub forma de pulberi,obtinute prin aliere mecanica dupa macinare timp de 5 ore pe moara cu valturi, se poate observa ca structura pulberi este cristalina, cu peak-uri clar evidentiate pentru fazele Nd2Fe14B si α Fe; dupa macinare timp de 12 ore pe moara cu valturi. aspectul sepctrului de raze X este acela al unui aliaj quasiamorf. Din determinarile magnetice (VSM) a rezultat ca: - pentru aliajele sub forma de pulberi, dupa macinare timp de 5 ore pe moara cu valturi, se poate observa ca aceasta are un comportament feromagnetic de tip material magnetic moale; - pentru aliajele sub forma de pulberi, dupa macinare timp de 4 ore pe moara cu valturi, se poate observa ca aceasta are un comportament feromagnetic cu prezenta a doua faze, necuplate magnetic, una magnetic moale si una magnetic dura; pentru aliajele sub forma de pulberi, dupa macinare timp de 12 ore pe moara cu valturi, se poate observa cum intre cele doua faze incepe sa apara efectul de cuplaj magnetic,cele doua faze una magnetic moale si una magnetic dura. -Modele experimentale de materiale compozite ceramice pe baza de AlN (compozit A2.1 cu compozitia 96%AlN cu 2% Y 2 O 3 si 2%CaF 2 şi compozit A22 cu compozitia 95%AlN cu 3% Y 2 O 3 si 2%CaF 2 ), din punct de vedere structural (XRD, SEM, microscopie optica), din punct de vedere mecanic si electric. 23

Din analizele de difractie de raze X si microscopie electronică, pe ambele materiale compozite A2.1 si A2.2 sinterizate de 175 C în cuptorul cu inducţie, se formează faza de nitrură de aluminiu cu structura hexagonală specifică materialului ceramic AlN. De asemenea, în cantitate mică, sunt prezente şi alte formaţiuni cristaline (aluminaţi de calciu şi ytriu). Rezistenţa mecanică la încovoiere a materialul A2.2 prezintă cea mai mare valoare a rezistenţei la încovoiere, 178 MPa faţă 115 Mpa pentru materialul A2.1 ceea ce poate fi o consecinţă a adaosului sporit de Y 2 O 3 şi a efectului său asupra dinamicii de creştere a cristalitelor de AlN şi a gradului de împachetare a acestora. Conductivitatea termică a materialului ceramic pe bază de AlN A2.1 este foarte bună (94,4 W/(m*K)), de 5 ori mai mare decât cea a Al 2 O 3 (2 W/(m*K)), în timp ce A2.2 are o conductivitate termică mai mică cu un ordin de mărime. Valorile rezistivităţii (,73... 5,26 1 14 Ωcm) şi implicit ale conductivităţii electrice (1,37...,19 1-14 Sm, obţinută prin calcul), sunt foarte ridicate, recomandând ambele materiale pentru aplicaţiile în construcţia componentelor electronice. Variaţia rezistenţei electrice cu frecvenţa pentru epruvetele sinterizate la 165 o C din compoziţia A2.1 şi respectiv A2.2. A pus in evidenta faptul că materialul A2.2 are valoare relativ constantă a rezistenţei electrice cu frecvenţa, în timp ce materialul A2.1 are o variaţie uşor descrescătoare cu creşterea frecvenţei. Obiectiv 2: Surse noi de energie, conversie si recuperare PN 35-2-1 O1. În cadrul obiectivului 1 Sistem de translaţie autonomă cu consum redus de energie, bazat pe tracţiune electrică ce utilizează acumulatori Lantan Nichel 5 s-a urmărit reducerea consumului specific de energie la sistemele de propulsie autonome cu tracţiune electrică - cum ar fi: automobil electric, bicicleta electrică, cărucior pentru persoane cu dizabilităţi, etc. Sistemul conceput presupune utilizarea unor motoare reversibile cu eficienţă energetică şi siguranţă în funcţionare ridicată, atât în regim de motor cât şi ca generator, sistemul electronic de acţionare (care asigură şi regimul de frânare recuperativă) şi bateriile de acumulatori adecvaţi. În Fig. 1 se ilustrează schiţa sistemului conceput. Coma nda Sursa de alimenta re alimentare recuperar bt i Contr oler WZK- 12 2428 semnal senzori Hall M/ Fig. 1. Schema de principiu a ansamblului Fig. 2. Schema de funcţionare şi diagrama de semnal privind sistemul de translaţie autonomă. Performante urmărite: Din Fig. 1 rezultă că: Maşina electrică trebuie să asigure: - funcţionare reversibilă, - siguranţă ridicată în funcţionare (fără elemente consumabile - cum ar fi periile de contact) - eficienţă energetică ridicată - cuplu ridicat la pornire, - alimentare din acumulatori 12V sau 24V. Sistemul electronic de comanda/acţionare trebuie să asigure: - eficienţă energetică ridicată, - cuplare automată în regim de generator, - turaţie controlată a maşinii în regim motor. Sistemul de alimentare trebuie să asigure: - alimentare la 12V sau 24V (valori normalizate), - curent de suprasarcină la pornire de maxim 1 x curentul nominal în timpul deplasării, - autonomie în funcţie de specificul aplicaţiei. 24

În baza acestor considerente a fost conceput şi realizat un sistem de translaţie autonomă, aplicabil unei biciclete electrice. Astfel au fost concepute şi realizate: - motor de curent continuu fără perii ((BLDC Brushless Direct Current)), adaptat tracţiunii; - controler pentru controlul şi acţionarea motorului; - conductoare de legătura; - dispozitiv de acţionare a sistemului de comandă a motorului; - acumulatori de alimentare pe bază de LaNi5. Parametrii de proiectare a maşinii electrice au fost: - Putere nominală 27 W - Cuplul de pornire 1 Nm - Turaţia motorului la funcţionarea în sarcină 27 rpm - Acţionarea motorului electric prin intermediul unui invertor comandat de senzori Hall - Tensiunea sursei electrice de alimentare 24 Vcc - Randament energetic (puterea debitată / puterea consumată) - minim 9%. Pentru a asigura aceste performanţe, dintre tipurile de motoare existente s-a ales o construcţie specială de motor de curent alternativ, cu număr redus de crestături pe pol, avantajul constând într-o maşină electrică cu un volum redus, având o constantă de cuplu ridicată, prezentată principial în Fig. 2, şi detaliile constructive în Fig. 3. Fig. 3. Motorul special realizat detalii constructive: stator, rotor şi carcasă cu scuturi Motorul sincron realizat funcţionează la frecvenţă variabilă prin faptul că un sistem de traductoare poate detecta polaritatea sistemului de excitaţie în raport cu o axă fixă a sistemului electric de forţă, astfel încât un circuit electronic să comute curentul prin înfăşurări pentru a se obţine o valoare optimă a cuplului electromagnetic în orice moment, la orice viteză de rotaţie. Ceea ce dictează viteza de rotaţie este valoarea tensiunii electrice de alimentare, care este o tensiune de curent continuu. Tensiunea variabilă de alimentare a motorului funcţie de turaţia momentană impusă este asigurată de un circuit electronic de acţionare care cuprinde un convertizor cc/ca care adaptează tensiunea variabilă de alimentare momentan impusă. Controlerul asigură tensiunea de alimentare a motorului, funcţie de turaţia impusă, între - 24V (Tensiunea nominală a bateriei de alimentare este comandat atât de senzorii Hall cât şi de om (turaţia impusă). De asemenea asigură recuperarea energiei de frânare şi stocarea acesteia în bateria de alimentare. Pentru modelul funcţional realizat a fost folosit un controler WZK-12-2428 5W. După etapa de proiectare, pentru verificarea rezultatelor estimate s-a realizat şi modelarea in programul Flux 2D prezentată in figura următoare. Fig. 5. Distribuţia liniilor de câmp pe geometria transversală modelată 25

Performante urmărite: Pentru alimentarea motorului a fost conceput un acumulator specializat pe bază de LaNi5 cu următoarele performanţe: - tensiunea nominala: 24V - capacitatea 2Ah; - densitatea de energie 18Wh.dm -3 ; - curent maxim de descărcare 2A; - timp de încărcare 14h; - curent maxim de încărcare: 2A; - temperatura de utilizare: între 15 şi 35 C; - timp maxim de stocare fara utilizare: 12 luni; - rata de autodescărcare 3% pe zi, exceptând prima zi; - construcţie etanşe, cu carcasa din material plastic. Fig. 6. Construcţia bateriei Obţinerea acumulatorului a presupus realizarea: a. Ansamblu electrozi pozitivi a fost realizat dintr-un material activ pe bază de Ni(OH) 2, grafit cu granulaţia medie de 2 m, factor de forma sferic, binder de tip floropolimeric. Suprafaţa activă a electrozilor pozitivi a fost dimensionată în urma testelor destinate calificării materialului pentru electrodul pozitiv. S-a avut in vedere să se asigure o capacitate de stocare a ansamblului de electrozi pozitivi cu minimum 3% mai mare decât capacitatea echivalentă a electrozilor negativi, pentru a se evita formarea de gaze în timpul procesului de încărcare. Raportul masic dintre material activ, grafit şi binder a fost optimizat în urma testelor de calificare şi este 9:1. Suportul materialului activ pentru electrodul pozitiv constă din folie de nichel texturat, cu grosimea de 15 m. b. Ansamblu electrozi negativi a fost realizat dintr-un material activ pe baza de aliaj LaNi 5 şi binder de tip floropolimeric. Suprafaţa activă a electrozilor negativi a fost dimensionată în urma testelor destinate calificării materialului pentru electrodul negativ. Raportul masic dintre material activ si binder a fost optimizat în urma testelor de calificare şi este de 9:1. Suportul materialului activ pentru electrodul negativ constă din spumă de nichel cu grosimea de 6 m. Electrodul negativ s-a dimensionat astfel încât capacitatea să fie mai mare cu pana la 5% fata de cea a electrodului pozitiv pentru a face faţă atât supraîncărcării cât şi supradescărcării. Capacitatea folositoare a bateriei este astfel determinată de electrodul pozitiv. c. Ansamblu separator ionic a constat dintr-o membrana polimerică care sa permită conducţia protonica si electronica, dar să nu permită trecerea ionilor de Ni 2+ si La 3+ ; d. Electrolitul necesar funcţionării bateriei a fost un electrolit bazic pe bază de KOH 6M. Concentraţia electrolitului şi compoziţia exactă a electrolitului a fost determinată în urma testelor de calificare, atât half-cell cât şi full cell. e. Colectori interni de curent au fost realizaţi astfel încât să îndeplinească următoarele caracteristici tehnico funcţionale: - să asigure conexiunea electrică dintre ansamblele de electrozi pozitivi şi negativi şi bornele externe de branşament ale bateriei; - să suporte un curent maxim de 5A şi un curent nominal susţinut de 2A; - sudură dintre materialele suport ale electrozilor şi colectorii de curent să fie rezistentă la şoc (minim 5g); - toate sudurile trebuie să fie stabile faţă de electrolitul bateriei; - sudura dintre colectorii de curent si bornele externe de branşament să fie rezistentă la şoc (minim 5g); - materialul din care vor fi confecţionaţi colectorii de curent trebuie să fie stabil chimic faţă de electrolitul din baterie şi să nu genereze ioni care să perturbe funcţionarea bateriei. f. Carcasa automontantă prevazută cu borne de branşare a fost realizată astfel încât să îndeplinească următoarele caracteristici tehnico-funcţionale: - să asigure etanşeitatea bateriei; - să fie stabilă chimic faţă de electrolitul bateriei; - să aibă un volum cu 2% mai mare decât volumul de electrolit necesar funcţionarii bateriei; - să fie prevăzută cu borne externe de branşament, care sa suporte un curent maxim 5A si un curent nominal susţinut de 2A; 26

- bornele de branşament vor fi prevăzute cu un sistem de racordare cu papuc asigurat cu element de strângere filetat; Pentru modelul de laborator, carcasă a fost realizata în construcţie demontabila, din plexiglas. În cazul în care bateria va intra în fabricaţie de serie, carcasa se va realiza din polipropilena rezistenta la şoc, în construcţie nedemontabilă. O2. În cadru obiectivului Sistem de management al energiei pentru unităţile economice, bazat pe standardul SR EN 51: 211 s-a plecat de la premisele ISO 51: 211 Sisteme de management al energiei. Cerinţe şi ghid de utilizare respectiv: Creşterea Eficienţei Energetice este cea mai ieftină măsură de reducere a consumurilor specifice de energie cu toate implicaţiile economice, sociale şi ecologice (gazelor cu efect de seră etc.); Implementarea sistemului de management al energiei sprijină îmbunătăţirea performanţelor economice ale organizaţiei; Asigură respectarea cerinţelor legale şi a altor cerinţe la care organizaţia a subscris; Sistemul de management al energiei oferă oportunităţile de îmbunătăţire continuă în sensul de utilizare a acesteia în mod durabil şi mult mai eficient, independent de tipul de energie utilizată. Pentru crearea Sistemul de Management Energetic (EnMS) s-au elaborat două proceduri: - Identificarea şi analiza aspectelor energetice PG-ME-1/212 care are ca scop descrierea responsabilităţilor şi modalităţilor de acţiune pentru identificarea, evaluarea şi clasificarea aspectelor energetice, stabilirea obiectivelor şi ţintelor privind energia, în conformitate cu cerinţele SR EN ISO 51/211, - Controlul consumului de resurse PL-3.1/212 care are ca scop utilizarea raţională a resurselor (energiei electrice, a apei, a gazelor naturale etc.). Domeniul de aplicare al acestor proceduri îl constituie totalitatea proceselor, echipamentelor, activităţilor şi serviciilor desfăşurate în cadrul organizaţiei. Procedurile s-au elaborat conform instrucţiunii standardului bazat pe metodologia de îmbunătăţire continuă Plan Do Check - Act (PDCA) şi introduce managementul energiei în practicile organizatorice de fiecare zi. Primul pas în analiza iniţială este identificarea priorităţilor energetice, a zonelor de consum semnificativ de energie. Organizaţia evaluează cantităţile şi natura consumului de energie pentru toate activităţile desfăşurate. Analiza energetică trebuie să includă atât consumul de energie actual, cât şi cel din trecut. Se creează astfel o bază de date accesibilă în orice moment de timp. Gradul de detaliere depinde de mărimea organizaţiei şi de consumul energetic, dar ar trebui să includă minimum intrările de energie (electricitate, apă, gaze naturale etc.) şi estimările privind utilizarea finală (procese tehnologice, pompare, aer condiţionat, iluminat etc.). Tendinţele din ultimii ani ale consumului de energie al organizaţiei trebuie analizate şi folosite ca punct de plecare în stabilirea priorităţilor şi definirea ţintelor actuale. Analiza cuprinde informaţii deja disponibile, cum ar fi facturile de energie şi gaze, citirile realizate şi existente în rapoartele energetice cuprinse în Registrele pentru evidenţa consumurilor de apă, gaze şi energie electrică sau orice alte informaţii existente. Frecvent, marile oportunităţi de îmbunătăţire a performanţelor energetice vor rezulta din măsuri administrative necostisitoare, adică instruirea personalului, promovarea şi conştientizarea eficienţei energetice în practicile de lucru ale personalului etc. Organizaţia trebuie să actualizeze această analiză anual. 27

Fig. 7. Structura sistemului de monitorizare cu punct de ieşire la ieşirea din tabloul general TG. În urma analizei se stabilesc obiective specifice organizaţiei. Acestea trebuie să fie: Specifice, Măsurabile, Ambiţioase, Realiste, Temporare. Ca aplicaţie particulară a implementării acestui Sistem de Management Energetic (EnMS) în cadrul INCDIE ICPE-CA s-au stabilit principalele obiective privind energia: Reducerea cu 5% a consumului de energie; Creşterea eficienţei energetice în toate departamentele din cadrul institutului; Introducerea tehnologiilor noi cu eficienţă energetică ridicată; Promovarea surselor noi de energie; Instruirea permanentă a personalului angajat în vederea cunoaşterii politicii în domeniul energiei şi implicării maxime în aplicarea ei; Comunicarea politicii privind energia publicului larg şi factorilor interesaţi. Un caz particular în lanţul energetic îl reprezintă energia electrică, cea asupra căreia se poate interveni cu rezultate cuantificabile imediate. O3. Se estimează că din energia produsă la nivel mondial între 3 şi 4 % este consumată de maşinile electrice industriale. Dat fiind interesul global asupra scăderii consumurilor de resurse şi a cererii tot mai mare de energie electrică, s-au impus standarde ridicate de eficienţă pentru maşinile electrice, măsură ce reduce consumul global de energie electrică cu 7%. În 28 a fost introdus standardul internaţional IEC/EN 634-3 ce defineşte trei clase de eficienţă IE (International Efficiency) pentru motoare trifazate cu rotor în colivie cu o singură turaţie, cu puteri între,75kw şi 375kW. Se intenţionează şi introducerea unei a patra clase de eficienţă IE4 - Super Premium Efficiency, cu cerinţe de eficienţă şi mai mari. Pierderile maşinilor din această clasă vor fi cu reduse cu aproximativ 4% faţă de IE3 - Premium Efficiency. Deşi standardul vizează motoarele electrice, întrucât este vizat reducerea consumului de energie, metodele de reducere a pierderilor pot fi aplicate şi generatoarelor electrice ce intră în componenţa sistemelor de conversie a energiei din surse regenerabile (e.g. eolian, hidro). S-a realizat un studiu privind analiza soluţiilor constructive noi şi de implementare a unor materiale avansate, în cazul maşinilor electrice, în vederea atingerii condiţiilor prevăzute de IE4 bazat pe 21 de referinţe bibliografice. Limitele de eficienţă pentru încadrarea motoarele electrice în clasa IE4 încă nu s-au stabilit oficial şi nu există încă planuri de a face IE4 obligatoriu. Cu toate acestea, marii producători de maşini electrice depun eforturi pentru dezvoltarea de motoare IE4. Reglementările tehnice privind măsurarea şi testarea motoarelor electrice au o mare însemnătate, diferenţele între ele fiind, în anumite cazuri, de câteva procente. S-a analizat creşterea eficienţei prin lungirea pachetului de tole, creşterea gabaritului, reducerea întrefierului, utilizarea materialelor avansate şi superconducţia. Concentrarea efortului de a scădea doar o anumită pierdere nu este recomandabil întrucât, în general, o scădere a unui anumit tip de pierderi poate duce la creşterea altora, astfel încât global eficienţa maşinii să nu crească notabil, în schimb alţi parametrii importanţi să scadă considerabil. Pe de altă parte variaţia neliniară a pierderilor în funcţie de parametrii de material, precum şi dependenţa dintre ele, implică un proces de optimizare complex pentru identificarea valorilor diverşilor parametrii (lungimea pachetului de tole, gabarit, concentraţia de Si, etc.) la care maşina 28

electrică va avea un minim al pierderilor. Dată fiind geometria complexă specifică maşinilor electrice şi a neliniarităţii unor materialelor ce intră în componenţa lor, nu se pot utiliza metode analitice pentru obţinerea soluţiei optime cu respect la pierderi. Ca atare s-a realizat un model pentru rezolvarea prin metoda elementelor finite (FEM) pentru studiul pierderilor în tole jugurilor statoric şi rotoric, în funcţie de proprietăţile de material. În urma derulării activităţilor etapei a rezultat un document ce constă într-un studiu ce revede standardele curente în vigoare privitoare la maşinile electrice asincrone, analizează metodele de minimizare a pierderilor, oferă o metodă de analiză a pierderilor în material şi prezintă câteva soluţii tehnice de motoare cu eficienţă ridicată existente pe plan mondial. O4. În cadrul obiectivului Fototraductor planar pe baza de filme subţiri din cadmiu sulf pentru utilizări în domeniul spectral 38 87nm s-a urmărit realizarea unui fototraductor destinatmonitorizării radiaţiei solare, în vederea stabilirii regimurilor optime de exploatare a sistemelor fotovoltaice. Fotorezistorii pe bază de sulfura de cadmiu răspund bine la radiaţia luminoasă în intervalul 4-8nm (întreg spectrul vizibil). Filmele subţiri policristaline de CdS posedă o transmisie optică bună, lărgimea benzii interzisă CdS este în domeniul vizibil iar fotosensibilitatea pentru filmele de CdS, în spectrul vizibil, este corespunzătoare pentru a fi utilizat ca foto rezistenţă. Au fost realizaţi fototraductori planari prin depunere de CdS. Straturile fotoconductive (aprox. 2nm grosime) din sulfură de cadmiu (CdS) au fost obţinute prin depunere din faza de vapori pulverizare catodică - pe un substrat din sticla. Au fost obţinute 5 ţinte cu diametrul de 5 mm prin presare uniaxială, la temperatura camerei şi sinterizate în aer, la o temperatura de 3 o C. Ţintele CdS sub forma de disc, sinterizată au fost investigate prin difracţie de raze X. Din analiza comparativă a pulberii de CdS şi a ţintei de CdS s-a constatat că în cazul ţintei a crescut gradul de cristalinitate şi are un conţinut mai mare de fază hexagonală decât pulberea de CdS. Ţintele au fost realizate cu geometrie corespuzătoare pentru echipamentul de depunere de tip AJA Model A32-XP UHV cât şi pentru echipamentul UHV BESTEC. Fig. 8. Ansamblu tinta CdS INCDIE ICPE-CA suport Cu electrolitic model AJA Model A32-XP UHV. Au fost efectuate depuneri de straturi subţiri de CdS atât cu încălzirea substratului de depunere la 25 o C cât şi fără încălzirea substratului de depunere. Condiţii de depunere CdS - Depunere BESTEC CdS - Depunere AJA P = 75W T sub = 25 o C/22 o C Timp = 2 h P= 5 mtorri PB-75 P= 5 mtorri PA-75 P = 1W T sub = 25 o C/22 o C Timp = 2 h P= 5 mtorri PB-1 P= 5 mtorri PB-1 29

Straturile subţiri de CdS au fost caracterizate prin analiza de interferometrie, analiza SEM şi prin difracţie de raze X. Caracterizarea stratului depus a fost realizat cu microscopul tip profilometru WEECO NT11. Modul de lucru a fost conform cu procedura PI-1, Ed. 1 a laboratorului LMNEM. Nu au fost necesare dispozitive suplimentare de fixare. S-a folosit obiectivul cu puterea de mărire 1X şi o lentilă de câmp vizual(fov) de.5x (Fig. 9). Caracterizare rugozitate strat CdS Fig. 9. Caracterizarea stratului de CdS depus Elementele fotosensibile au fost încapsulate în răşina epoxidică tip EPOLAM 19x întărita cu întăritor alchilaminic tip T13 cu un conţinut de 2% alumina (1 microni) (Fig. 1). Fig. 1. Fototraductor cu start subţire de CdS. Schema de pricipiu: 1- terminal; 2 folie de Cu; 3 brazare cu Sn; 4- fir de contact; 5 lipire cu pasta de argint; 6 suport terminale din sticlostratitex; 7 start activ senzor (start subţire CdS şi contacte Ag); 8- capsula; 9- sticla suport senzor 3

Fig. 11 Caracterizarea funcţionalităţii fototraductorului Pentru caracterizarea fototraductoarelor au fost folosite două voltmetre digitale de tip V 431.1 (5digiţi) cu o liniaritate de 1:1 şi cu o precizie absolută de 1:1. Sursa de tensiune folosită este de tipul M411 (sursa de tensiune reglabilă în intervalul -35V/5mA)(Fig.11). Cele două voltmetre sunt conectate în paralel cu rezistenţa etalon R REF respectiv cu fotosenzorul. U Valoarea curentului care trece prin rezistenta etalon şi fotosenzor are expresia I. RREF RSENZOR Din aceasta expresie rezulta ca R SENZOR = U SENZOR /I. Rint Senzorii prezintă o fotosensibilitate, definită ca fs în domeniul spectral-38-87nm Rlum 6 Rint 1,117 1 respectiv: f s = 7,685 6 R,1454 1 lum O5. In condiţiile în care rezervele de ţiţei devin tot mai limitate şi când preţul acestuia a crescut intr-un ritm vertiginos, majoritatea ţărilor au trecut la folosirea intensă a cărbunilor sau a altor surse neconvenţionale de energie. Activitatea care se desfăşoară în prezent în întreaga lume în vederea obţinerii de noi surse de energie este orientată pe lângă alte direcţii şi în direcţia creării de energie electrica pe cale electrochimica si înmagazinare electrochimica. Din ce în ce mai des se face astăzi apel la generatoarele electrochimice, datorită faptului că transformarea energiei chimice în energie electrică se face cu randament ridicat. Pentru moment, singurul mod de a stoca cat mai multa energie solara sau eoliana este utilizarea de baterii, sub forma de pile electrochimice secundare (reincarcabile). Stocarea eficientă a energiei devine unul dintre cele mai imortante şi sensibile domenii de cercetare aplicativa, dezvoltarea procedeelor, echipamentelor şi tehnologiilor de conversie şi stocare fiind o condiţie exclusivă pentru utilizarea competitivă a tuturor surselor regenerabile de energie (solară, eoliană, termoelectrică, maree etc.). Necesitatea conceperii şi realizării unor noi sisteme performante pentru stocarea energiei este impusă de discrepanţa evidentă dintre momentul şi locul producerii energiei şi momentul şi locul consumării acesteia. S-au elaborat sase modele experimentale (ME) de electrod pozitiv (EP), variindu-se atat compozitia materialului activ, cat si compozitia/tipul liantului: - 1-ME-EP - electrozi pozitivi pe suport din spuma de Ni cu material activ Ni(OH) 2 cu 2 % grafit, cu liant o solutie de PVDF in NMP; - 2-ME-EP - electrozi pozitivi pe suport din plasa de Ni cu material activ Ni(OH) 2 cu 2 % grav. grafit, cu liant rasina epoxidica tip 11S cu intaritor DDS; - 3-ME-EP electrozi pozitivi pe suport din plasa de Ni cu material activ Ni(OH) 2 cu 2 % grav. grafit, cu liant rasina fenol-formaldehidica (Novolac) cu intaritor HMTA; - 4-ME-EP - electrozi pozitivi pe suport din plasa de Ni cu material activ Ni(OH) 2 cu 2 % grav. grafit, cu suspensie de teflon in apa, in proportie de 2 % fata de MA; - 5-ME-EP - electrozi pozitivi pe suport din spuma de Ni cu material activ Ni(OH) 2 cu 2 % grav. grafit, cu liant o suspensie de teflon in solutie apoasa alcool polivinilic, 3 %, cu un continut de teflon de 1 % fata de MA; - 6-ME-EP - electrozi pozitivi pe suport din spuma de Ni cu material activ Ni(OH) 2 cu 2 % grav. grafit si 1% grav. Co(OH) 2 cu liant o suspensie de teflon in solutie apoasa alcool 31

polivinilic, 3 %, avand un continut de teflon de 1 % fata de materialul activ. De asemenea, au fost folosite mai multe metode de aplicare a materialului activ pe colectorul de curent-suport: prin presare din pulberi, prin raclare utilizand un slam cu diverse compozitii si prin spreiere pe suport cald, din suspensie de MA si liant. Colectorul de curent-suport a fost de doua tipuri: din plasa de Ni si spuma de Ni (porozitate: 13-12±5 PPI, densitatea suprafetei: 28-3±3 g/m 2, grosimea:,6±,5 mm). Dintre acestea, s-a ales ca optima spuma de Ni care prezinta o retea metalica interconectata cu pori neuniformi si neregulati, cu dimensiuni de 3-57 m. Dintre ME-EP, in urma testelor de aderenta a MA si dupa imersarea acestora in solutia alcalina de electrolit s-a ales ca optim ME notat 5-ME-EP, din care s-au realizat electrozi pozitivi cu suprafata activa de 2 cm 2 si 16 cm 2. S-au elaborat trei modele experimentale de electrod negativ, variindu-se atat compozitia materialului activ, cat si tipul liantului, dupa cum urmeaza: - 1-ME-EN - electrozi negativi pe suport din spuma de Ni cu material activ LaNi 5 cu liant o solutie de 1 % PVDF in NMP; - 2-ME-EN electrozi negativi pe suport din spuma de Ni cu material activ LaNi 5 cu liant o suspensie de teflon in solutie apoasa de alcool polivinilic, 3%, cu un continut de teflon de 1% fata de materialul activ; - 3-ME-EN electrozi negativi pe suport din spuma de Ni cu material activ LaNi 5 cu 2 % grav. grafit, cu liant o suspensie de teflon in solutie apoasa de alcool polivinilic, 3%, cu un continut de teflon de 1% de materialul activ; Dintre ME-MP, in urma testelor de aderenta a MA si dupa imersarea acestora in solutia alcalina de electrolit si a testelor electrochimice s-a ales ca optim ME notat 3-ME-EN, din care s-au realizat electrozi negativi cu suprafata activa de 2 cm 2 si 16 cm 2. S-a realizat un model functional (MF) de acumulator Ni-MH de tip LaNi 5 in tehnologie planara, folosind 1 pereche de electrozi de tip 5-ME-EP si 3-ME-EN, cu suprafata activa de 48 cm 2. Carcasa a fost construita din PMMA sub forma unui paralelipiped, cu una dintre fetele mici amovibila (capac), avand cotele externe de 3x1x14 mm. Anozii au fost separati de catozi prin intermediu unei membrane din PP prevazuta cu orificii nanometrice (produs CellGard). Ca electrolit s-a folosit o solutie de KOH cu concentratie de 6M in care s-a imersat ansamblul de electrozi. O6. In minele de excavaţie, fragmentarea rocilor, este de departe cel mai mare consumator de energie specifică, unde se raportează consumuri de la câţiva KWh/t în concasare, la 1-6kWh/t pentru măcinare şi măcinarea cu bile, şi la peste 1kWh/t pentru măcinare ultrafină. Consumurile mari de energie în fragmentarea rocilor implică atât costurile operaţionale, cât şi costurile de protecţie a mediului. Dezvoltarea durabilă a economiei, precum şi utilizarea de noi resurse, cer utilizarea de procese eficiente şi cât mai performante. Noi metode de fragmentare a rocilor sunt căutate continuu, pentru a crea o perspectivă în măcinarea cât mai fină a rocilor (reducerea dimensiunilor şi eliberarea minereurilor) la un consum de energie cât mai mic). Aceste metode includ optimizarea circuitelor electrice şi realizarea de echipamente de măcinare noi, cum ar fi: dispozitive de măcinare la presiune mare (Schonert, 1988) tratamente cu microunde (Kingman et al., 2) fragmentare hidraulica (Delius, 1994; Zhong and Preminger, 1994) si fragmentarea electrodinamica (Andres et al., 1999). Spargerea rocilor cu ajutorul impulsurilor de inalta tensiune si mare putere este o metodă nouă, sustenabilă. Literatura arată că cea mai bună fragmentare a rocilor se obţine prin străpungerea electrică cu ajutorul unui impuls de înaltă tensiune. Totuşi, date foarte puţine au fost date privitor la consumul de energie. Andres et al. (21b Andres, U., Timoshkin, I., Soloviev, M., 21b. Energy consumption and liberation of minerals in explosive electrical breakdown of ores. Transactions of the Institution of Mining and Metallurgy Section C-Mineral Processing and Extractive Metallurgy 11, c149 c157.), au demonstrat că per unitatea de volum, consumul de energie variază mult, dar în medie este de 2-3 ori mai mare decât prin tehnologia clasică mecanică. Totuşi, se poate argumenta că fragmentarea prin impuls electric, poate genera în medie o reducere a consumului de energie, prin aceea că fragmentele obţinute sunt mult mai mici şi energia consumată pentru măcinarea fragmentelor, se reduce de la 2,5MWh/t (Andres et al. 21b) la 9kWh/t, ceea ce este 32

considerabil mai mică. O nouă metodă de fragmentare prin impuls electric de mare tensiune a fost realizată de către Julius Kruttschnitt Mineral Research Centre (JKMRC) [Eric Wang, Fengnian Shi, Preweakening of mineral ores by high voltage pulses, Minerals Engineering 24 (211) 455 462]. Aceasta se distinge prin faptul că la aplicarea unei energii specifice foarte mici (1-3kWh/t) în procesul de fragmentare a rocilor, se produce doar fisurarea rocii şi reducerea durităţii acesteia. Abordarea nu duce la obţinerea de fragmente de dimensiuni micronice pentru separarea minereurilor, ci doar urmăreşte desprinderea de fragmente, pentru ca apoi în procesul de fragmentare să se utilizeze energii reduse. Un dispozitiv de fragmentare a rocilor a fost realizat în 21, utilizând forţele electrodinamice, la Karlsrue -Germania. Procedeul FRANKA (Fragmentations Anlage Karlsruhe)se bazează pe pricipiul electrodinamic investigat iniţial în Rusia (1995- Sjomkin et al.) Principiul de bază a fost descris de către Bluhm et al (2)şi constă în descărcarea unui impuls electric de tensiune mare (2-5kV) cu diferiţi timpi de creştere (rise-time) (fig. 12.A). Atunci când impulsul de tensiune atinge maximul de tensiune, in mai puţin de 5 ns, intensitatea descărcării în apă depăşeşte izolatorii clasici, cum ar fi rocile din silicat. Acest lucru înseamnă că rocile scufundate în apă pot fi fragmentate prin impulsuri rapide, de înaltă intensitate. Dacă impulsul la descărcare are o energie de 1 1 J/cm, şi descărcarea are loc în câteva microsecunde, acest lucru duce la temperaturi în jur de 1 o C şi presiuni de până la 1Pa [Fragmentation and separation of compound materials and minerals with pulsed electric discharges. Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz Gemeinschaft]. Socul electric poate afecta roca în două moduri: descărcarea are loc în interior şi acţionează ca o explozie (fig. 12.B), dar totodată acţionează şi ca o undă de şoc care crează o compresie indusă în rocă (fig. 12.C). Un canal iniţial, de numai 1-5 μm se va extinde creând presiune în materialul înconjurător. In ambele cazuri, rocile se vor fragmenta de-a lungul unor zone naturale, înmulţindu-se fisurile radial, incluziunile se vor separa de matricea rocii, ca în final roca să fie fragmentată la interfeţele de material. Fig. 12. Principiul teoretic al echipamentului FRANKA (Institute fur Hochleistungsimpuls - und Mikrowellentechnik, Forschungscentrum Karlsruhe GmbH, Postfach 364,D-7621, Karlsruhe). Pe baza celor de mai sus putem spune că fragmentarea rocilor este o etapă importantă în domeniul excavaţiilor miniere, (spargerea rocilor) dar şi în domeniul industriei mineralogice şi izotrop geologică, a construcţiilor, etc. Fiind un domeniu mare consumator de energie, cercetările sunt îndreptate îndeosebi spre reducerea consumurilor şi a costurilor de energie. Prin această metodă, dimensiunea fragmentelor rocilor este mult redusă realizându-se economii considerabile în ceea ce priveşte atât consumul de energie, dar şi în privinţa costurilor de personal şi timp. Dar cel mai important avantaj este că în mod clar se reduc riscurile umane şi de contaminare a mediului. In acest moment, echipamente ce aplică tehnica procesării impulsurilor de înaltă tensiune sunt comercializate şi aplicate în explorările geologice (diamant, minerale de litiu, etc) şi pentru industria siliconului/apei. Această tehnică a fost aplicată, în laborator, pentru recuperarea deşeurilor din materialele compozite (dispozitive de platic ranforsate cu fibre de carbon mici), precum şi în construcţii, la separarea ranforsărilor metalice de pietriş. In imaginile de mai jos, se arată rezultatul procesului tehnologic, respectiv instalaţia aferentă pentru reciclarea betonului armat rezultat din demolări (Fig. 2.2). 33

Fig. 13. Procesul tehnologic, respectiv instalaţia aferentă pentru reciclarea betonului armat rezultat din demolări. [Imagini preluate din Call for Proposal n 11, Brussels, January 19th 212, JTI-CS-212-1-ECO-1-53-Disintegrationof fibre-reinforced composites by electrodynamic fragmentation technique, www.cleansky.eu] Cu toate acestea, pentru această tehnologie, rămâne de studiat, adaptarea impulsului relativ la diferite minerale şi diversificarea aplicaţiilor (de ex. in laminarea metal-plastic); In acest scop, proiectul îşi propune cercetarea privind concepţia, dimensionarea şi un studiu de fezabilitate pentru un echipament cu eficienţă ridicată destinat fragmentării electrodinamice a rocilor. O7. Resursele de energie de care omenirea dispune la nivel planetar, fac parte in principal din categoria resurselor energetice epuizabile (carbune, petrol, gaze naturale) intr-o perioada de timp mai lunga sau mai scurta depinzand de modul in care sunt utilizate, disponibilitatea lor si nivelul de dezvoltare industriala si tehnologica. In plus utilizarea energiilor din resurse epuizabile au condus la generarea unor efecte nedorite, dintre acestea cel mai important fiind generarea unor emisii de gaze nocive cu efect de sera (CO 2, NO 2 ), avand ca efect dezechilibre ale compozitiei chimice ale mediului inconjurator, si cresterea la un nivel alarmant a temperaturii terestre. Nivelul de dezvoltare tehnologica al societatii a determinat o nevoie crescand de energie care nu putea fi asigurata de resursele traditionale decat pentru un timp limitat, a condus la idea de identificare de noi surse de energie, apelandu-se la dezvoltarea unor tehnologii noi de extractie a energiei, bazate pe alte resurse decat cele cele clasice. Primul salt calitativ a fost inregistrat odata cu aparitia tehnologiilor capabile sa extraga energie din forta motrice a apelor curgatoare, prin utilizarea energiei hidroelectrice. Noua tehnologie aparuta, pe langa faptul ca se baza pe un rezervor imens de resurse planetare de apa, oferea si conditiile reducerii efectelor poluanate ale emisiilor toxice generate de combusatibilii fosili. Singura problema aparuta se referea la neuniformitatea repartizarii acestor resurse la nivel global. Pasul evolutiv urmator a fost in utilizarea energiei nucleare, sursa capabila sa ofera o cantitate mare de energie dar cu impact negativ asupra mediului si asupra organismelor vii. Prin specificul lor, in general, resursele regenerabile de energie se caracterizeaza prin disponibilitate nesigura, determinata de conditiile meteo hidrologice locale. Pentru o asigurare continua cu energie din resurse regenerabile, se impune elaborarea unui sistem de stocare a energiei. Scopul prezentei faze, a fost conceperea si realizarea unui Model experimental de stocare termochimica a energiei utilizand ca pareche de lucru un sistem format din sulfat de magneziu si apa, sistem care ofera o capacitate de stocare de 411 Kj/mol MgSO4. 34

Fig. 14. Schema de functionare a instalatiei de stocare termochimica a energiei Fig. 15. Imagine de ansamblu Instalatie de stocare termochimica a energiei pe baza de MgSO 4.7H 2 O O8. Principalele activităţi realizate în cadrul anului 212 au avut drept scop: conceperea unui sistem de conversie a energiei cinetice a apei cu turbine contrarotitoare şi realizarea unui generator electric submersibil, cu ambele armături mobile, contrarotitoare. Un astfel de generator însumează, practic, turaţia celor două turbine, putând elimina astfel prezenţa unui multiplicator de turaţie. Astfel, în cadrul primei activităţi s-a realizat un studiu documentar privind sistemele de conversie cu turbine contrarotitoare şi aplicaţiile acestora. Turbina eoliană sau hidro contrarotitoare reprezintă un concept destul de nou. Sistemul este reprezentat de o turbină cu ax orizontal cu 2 rotoare dispuse la o distanţă corespunzătoare, iar sensul de rotaţie al celor două rotoare, pe aceeaşi axă, este opus. Lungimea şi tipul palelor pot fi diferite. În prezent, majoritatea turbinelor de acest fel sunt prototipuri, în general cu puteri reduse (de până la 3 kw). S-au prezentat metode teoretice de studiu şi de evaluare a performanţelor sistemelor de conversie cu turbine contrarotitoare (aplicarea teoriei lui Betz pentru un sistem de turbine sau modelare numerică) şi metode experimentale. După analizarea tipurilor de turbine contrarotitoare existente, s-a conceput un sistem de hidroconversie cu astfel de turbine, cu o putere maximă totală de 5 W. Având în vedere că sistemul este pretabil utilizării în zone cu potenţial hidro redus, s-a utilizat pentru alegerea profilului palelor metoda extragerii puterii maxime din energia cinetică a curentului de fluid. S-au analizat mai multe profile şi a rezultat că puterea şi viteza maximă se obţin cu profilul Gö 45 pentru un unghi de incidenţă i 3 o. S-au dimensionat cele două turbine contrarotitoare turbina amonte şi turbina aval. Pentru dimensionare s-a considerat densitatea fluidului ρ = 1 kg/m 3 şi, în cazul turbinei amonte o viteză a curentului de fluid v = 1,5 m/s, respectiv un coeficient de putere c p =,2 iar pentru turbina aval viteza v = 1 m/s şi un coeficient de putere c p =,3. S-au obţinut următoarele caracteristici ale 35

turbinelor: P = 4 W, n = 4 rpm, D = 1,63 m pentru turbina amonte şi P = 2 W, n = 3 rpm, D = 1,33 m pentru turbina aval. Apoi, s-a dimensionat un generator electric submersibil cu construcţie de ansamblu etanşă (compatibilă funcţionării în imersie), cu ambele armături mobile (inductor şi, respectiv indus). Pentru tema de proiectare a generatorului s-au definitivat următorii parametri funcţionali: turaţia relativă a armăturilor în mişcare (în contrasens) n = 7 rot/min şi puterea electrică utilă P eln = 5W. În baza analizei rezultatelor obţinute în urma cercetărilor teoretice efectuate în prima fază a proiectului şi a unei soluţii tehnice originale, protejată prin Dosar OSIM nr. A/865/23.11.212, a fost realizat un generator submersibil cu ambele armături mobile contrarotitoare, utilizând două maşini electrice din producţia Electroprecizia Săcele. S-au utilizat doar reperele inactive electromagnetic din gabaritul 132, iar din gabaritul 9 toate reperele şi subansamblele. Pentru a putea realiza rotirea separată atât a subansamblului indus bobinat, cât şi a inductorului cu colivie turnată şi magneţi permanenţi s-au realizat piese metalice care să prelungească capătul de arbore al motorului din gabaritul 9, dar şi un ax centrat pe scutul ventilator, care să se poată roti în lăgăruirea scuturilor din gabaritul 132. Bobinajul a fost proiectat pentru a asigura furnizarea unei tensiuni de 24 V valoare eficace pe fază la o turaţie ce poate fi optim furnizată de cele două turbine hidro utilizate. Pentru diminuarea cheltuielilor de execuţie a generatorului cu elemente active contrarotitoare s- a utilizat colivia rotorică din gabaritul 9 pentru fixarea magneţilor permanenţi. Pentru aceasta au fost realizate prin frezare un număr de 8 locaşuri gen canal de pană, în care au fost lipiţi un număr de 8 magneţi. Numărul de poli a fost impus de turaţia nominală a generatorului, astfel încât la parametrii nominali tensiunea generată să aibă o frecvenţă de 5 Hz. Deoarece magneţii de aceeaşi polaritate se resping, iar forţa de respingere este deosebit de ridicată în cazul magneţilor NdFeB cu mare energie, inelele de scurtcircuitare au fost păstrate pentru a menţine în interior magneţii. Soluţia constructivă aleasă a fost impusă de următoarele considerente: - utilizarea cât mai largă a reperelor şi subansamblelor utilizate curent în fabricaţia maşinilor electrice de uz general; - diminuarea cheltuielilor de producţie; - simplificarea sistemului de asigurare a rotirii celor două armături active ale generatorului cu mişcare contrarotitoare. O9. Pentru a asigura continuitatea în alimentarea cu energie electrică a consumatorilor, reţelele electrice trebuie să devină active, permiţând integrarea noilor tehnologii bazate pe surse regenerabile de energie. În viitor, sistemul electroenergetic va fi împărţit între producţia centralizată şi producţia distribuită. Astfel, s-a constat necesitatea realizării unei microreţele electrice cu funcţionare insularizată care să faciliteze integrarea surselor de generare distribuită într-un sistem fizic. Dezvoltarea noilor surse de energie şi înglobarea acestora sub forma microreţelelor electrice va permite alimentarea cu energie electrică a unor zone izolate, precum insule sau zone montane, inaccesibile pentru reţelele electrice clasice. Modelul conceptual de sistem autonom de alimentare securizată cu energie electrică prin reţea integrată de surse regenerabile cu puterea de 1,5kW, dezvoltat de INCDIE ICPE-CA în cadrul prezentei faze, a avut în vedere următoarele cerinţe: Microreţeaua electrică proiectată trebuie aibă în componenţă mai multe surse de energie care să asigure autonomia energetică, şi să ofere consumatorilor o înaltă securitate energetică. Posibilitatea de extindere a reţelei fără modificări ale echipamentului existent. Consumatorii ne-critici să poată fi deconectaţi la nevoie. Posibilitatea de conectarea la SEN. Stocarea energiei în vederea securităţii şi autonomie energetice. Capacitatea de management a energiei în vederea optimizării costului/profitului. S-a realizat iniţial un concept de microreţea, cu caracteristici generale, având inclus şi un algoritm de management inteligent al energiei ce trebuie implementat pe unitatea de control. Acest model cuprinde toate elementele posibile să existe într-o microreţea electrică, precum surse distribuite de energie, stocare distribuită, surse de back-up, consumatori prioritari (critici), neprioritari, sarcini de descărcare, sisteme hibride (pot să consume dar şi să furnizeze energie) şi o unitate de control ce comunică cu toate componentele. Caracteristici principale ale algoritmului dezvoltat: Poate rula pentru orice configuraţie practică a microreţelei 36

Implementează posibilitatea stocării energiei în perioada cu cost redus şi vinderea în perioada cu cost ridicat. Această strategie este des utilizată, dar se poate ca în anumite cazuri să nu fie eficientă economic datorită limitărilor elementelor de stocare sau să crească riscul în furnizarea de energie către consumatorii critici. Asigură menţinerea unei rezerve de energie Conectează sau porneşte sursele de back-up care nu sunt în general regenerabile, aşadar au energie limitată şi /sau scumpă. În acest caz, decuplează şi consumatori în regim normal în funcţie de prioritate. Estimarea puterii disponibile, în lipsa elementelor de stocare se face prin monitorizarea surselor primare de energie (soare, vânt). SEN poate fi implementată în acest model conceptual ca sursă de back-up, de consumator în regim de sarcină de descărcare, sau ambele. În baza conceptului elaborat a fost realizat un model experimental de sistem autonom de alimentare securizată cu energie electrică prin reţea integrată de surse regenerabile de energie (1,5 kw), cu posibilitatea injectării în reţea a energiei electrice generate în exces, conform modelului conceptual dezvoltat în faza anterioară. Modelul experimental realizat cuprinde: un generator fotovoltaic cu puterea maximă de 1,8 kw realizat din panouri fotovoltaice Sharp NU18 şi un invertor Sunny Boy 17; subsistemul de conversie energetică eolian-electric este realizat cu un rotor eolian cu diametru 3,2 m, un generator electric de 1,5 kw şi un convertizor (combinaţie punte redresoare şi invertor Hydro Boy HB1124); subsistemul de încărcare a bateriei de acumulatori este realizat cu un convertor bidirecţional Sunny Island 3324 şi 2 acumulatori PNB 1215 cu capacitatea de 15Ah la 12 V. Din experimentările preliminare rezultă că autonomia sistemului, definită ca perioada în care poate asigura consumatorului energia electrică necesară fără aportul surselor sau a reţelei electrice şi luând în consideraţie curba de sarcină dată, ce totalizează 1657Wh pe zi, este de 4 de ore. Fig. 16. Schema bloc a modelului experimental O1. Activităţile realizate în cadrul etapei 212 - Modelarea proceselor hidrodinamice şi optimizarea proceselor biologice în reactoare sferice de producere a biogazului - au avut drept scop obţinerea informaţii privind desfăşurarea proceselor din interiorul reactoarelor sferice de fermentare. Astfel, au fost realizate cercetări teoretice şi experimentale privind procesele hidrodinamice şi biochimice care pot avea loc în aceste reactoare. Au fost abordate următoarele aspecte: A fost descris aparatul matematic utilizat, respectiv pornind de la ecuaţiile Navier-Stokes şi ecuaţia de continuitate acestea au fost reduse la o ecuaţie cu derivate parţiale în funcţia de curent, ecuaţie care se rezolvă prin integrare numerică. Pentru un reactor sferic alimentat cu un lichid incompresibil cu proprietăţi cunoscute (determinate experimental), în care se desfăşoară un proces exoterm, au fost scrise ecuaţiile Navier Stokes şi de continuitate sub formă vectorială într-un sistem de coordonate curbilinii generalizate. Parametrii şi variabilele ecuaţiilor au fost fie normalizate fie adimensionalizate obţinându-se astfel un sistem de trei ecuaţii a cărui necunoscute 37

sunt 3 funcţii independente de timp, sistem care poate fi soluţionat prin integrare numerică. De asemena, s-au efectuat simulări numerice cu programul SolidWorks, modulul Fluid Simulation pentru curgerea în modelul de reactor de mai sus, obţinându-se reprezentări grafice ale câmpurilor de viteză şi de presiune, valorile acestora precum distribuţia vectorilor viteză şi vorticitate. În ceea ce priveşte simularea proceselor biochimice au fost realizate experimentări de fermentare anaerobă de laborator în cadrul cărora s-a determinat influenţa presiunii asupra activităţii microorganismelor metanogene şi implicit a producţiei de biogaz în reactoarele de fermentare care operează în condiţii de presiune hidrostatică ridicată. În acest scop, un amestec de biomasă constituit din dejecţii de vite şi zer de brânză nefiltrat a fost supus fermentării în recipiente de inox, având capacitatea de 5 litri, pentru următoarele presiuni de lucru: bar, 2 bar, 4 bar, 6 bar. Monitorizarea proceselor de fermentare a fost efectuata zilnic pe operioada de 4 luni, urmărindu-se respectarea parametrilor operaţionali (temperatura, presiune). Probele de biogaz rezultat au fost prelevate şi analizate periodic, săptămânal în perioada de amorsare a procesului, respectiv zilnic în perioada de activitate microbiană maximă. Activitatea bacteriilor metanogene a fost determinată, prin următoarele două tipuri de metode: a. Metode microbiologice determinarea numărului de metanogene în amestecul iniţial şi în probele de biomasă prelevate după finalizarea experimentelor; prin aplicarea acestor metode s-a constatat că numărul de microorganisme metanogene prezente în probele de nămol fermentat este cel mai mare în cazul probei de biomasă condiţionată la presiune atmosferică, respectiv 9,3 x 1 3 celule/ ml probă, scăzând progresiv odată cu creşterea presiunii de lucru (2 bar, 4 bar respectiv 6 bar). Aceste date preliminare confirmă datele teoretice prezentate în literatură, conform cărora presiunea hidrostatică are o influenţă negativă asupra creşterii şi activităţii metabolice a microorganismelor metanogene. b. Metoda chimică, prin analiza cromatografică a biogazului rezultat în cele patru experimente de fermentare. Examinând influenţa presiunii asupra metanogenelor din punct de vedere al concentraţiei de metan în gazul rezultat în urma procesului fermentativ, se constată că nivelul de metan în biogazul rezultat este net superior în cazul probei de nămol supusă fermentării în condiţii de presiune atmosferică, comparativ cu celelalte probe de nămol care au fost fermentate la în condiţii de suprapresiune. Fig. 17. a. Distribuţia de presiuni şi vectorul viteză Fig. 17. b. Distribuţia de presiuni şi vectorul vorticitate PN 35-2-3 Proiectul are drept scop realizarea unui material de acoperire pe bază de polimeri miscibili cu apă dopat cu microsfere ceramice, în vederea realizării unor proprietăţi termoizolante, precum şi realizarea unui model experimental functional cat si a unui prototip de aparat pentru măsurarea rezistivităţii în situ a betonului component al structurilor de rezistenţă din beton armat. În acest context, obiectivele generale ale proiectului sunt: - realizarea unor studii şi analize privind domeniile compoziţionale ale unor materiale tip microsfere ceramice - realizarea de microsfere cavernose de tip α Al 2 O 3 (MA) prin tehnica sol gel şi a extracţie de 38

ioni - experimentarea şi caracterizarea unor suspensii de materiale de acoperire material ceramice cu şi realizarea unui model de laborator material de acoperire microsfere ceramice - realizarea de modele experimentale, microsfere ceramice şi material de acoperire cu microsfere ceramice cu următoarele caracteristici: - dimensiunea microsferelor 5-5 µm timp de uscare 2-6 ore la atingere greutate specifica 1,5-2,9 +,5gr/ml (la 2 C) putere de acoperire 3-6 m 2 /l conductivitate termica,1-1 W/m/grd.C rezistenţă la apă, la medii corozive Fig 1. Micrografie - microsfere ceramice - realizarea unui model experimental funcţional de aparat pentru măsurarea rezistivităţii în situ a betonului component al structurilor de rezistenţă din beton armat. - realizarea unui prototip de aparat destinat determinării rezistivităţii betonului din structurile de rezistenţă din beton armat aferente construcţiilor civile şi industriale, lucrărilor de artă din transporturi etc., cu urmatoarele caracteristici: Afisare digitala, in plaja de rezistivitate masurata: 1-1 Ωm. Precizia de masurare admisa: 3 %. Echipament autonom de masurare in situ, pe suprafete de beton cu denivelari de pina la 1 cm, pe segmente de pina la 15 cm. Autonomie de masurare: 1 ora (cu un set de baterii). Masa neta, inclusiv bateriile de alimentare: 1.5 kg Fig 2.Prototip aparat pentru masurarea rezistivitatii structurilor din beton armat, realizare practica. 39

Obiectivele şi activităţiile temei de cercetare au fost realizate conform planului de lucru al proiectului. În cadrul etapelor din acest an s-au realizat următorele activităţi: - proiectarea unui aparat pentru măsurarea rezistivităţii betonului - model experimental funcţional de aparat pentru măsurarea rezistivităţii - depunerea unei cererei de brevet cu titlul: Metoda si aparat pentru măsurarea rezistivităţii electrice a structurilor de rezistenţă din beton armat, I. Lingvay; C. Lingvay; L. Pîslaru-Dănescu; G. Velciu, nr. A / 349 din 16.5.212 - realizarea prototip pentru măsurarea rezistivităţii în situ a betonului component al structurilor de rezistenţă din beton armat - experimentare prototip pentru măsurarea rezistivităţii în situ a betonului component al structurilor de rezistenţă din beton armat Obiectiv 3: Dispozitive, produse si materiale pentru sanatate si mediu PN 35- Realizare model demonstrator de echipament pentru deionizarea ape de mare pe baza de electrozi 3-2 carbonici. Performante urmarite: debit 1 litri/h, η η= max 9%, unde η: raport de indepartare a sarurilor, estimat cf. relatiei: C C f (%) 1 Ci (Kwang-Kyu Park et al, Desalination 26 (27)pp.88) C i valoarea conductivitatii initiale C f valoarea conductivitatii finale Pentru realizarea unui model demonstrator destinat desalinizarii apei de mare pe principii capacitive, avand la baza de electrozi carbonici de tip xerogel si la performantele impuse ( debit 1litri/ora, echivaland cu 24 litri/zi la un raport de indepartare a sarurilor cat mai apropiat de 9%) a fost necesara redimensionarea modulului realizat in faza anterioara. Acest fapt, a prespupus totodata si reconsiderarea procesului de realizarea a electrozilor constand din xerogel carbonic compozit. Astfel, pentru realizarea electrodului s-a aplicat urmatoarea procedura de laborator: Etapa 1: Policondensare (rezorcinol-formaldehida; raport molar 1:2, raportul molar C:R a fost de 1:1) Etapa 2. Impregnare Pasla carbonica (utilizata ca substrat pentru xerogelul organic) dezaerata initial la 15 C in vid si activata chimic este impregnata cu gelul organic (obtinut in etapa 1), prin autoclavare la 8 barr timp de 1 ora. Etapa 3. Imbatranire Materialul compozit rezultat in urma impregnarii este supus imbatranirii termice la 85 C timp de 48 de ore; Etapa 4: Schimb de solvent Apa ramasa in materialul compozit rezultat in etapa 3 este dizlocuita prin schimb de solvent timp de 48 de ore. Etapa 5: Piroliza in aceasta etapa compozitul rezultat in etapa 4 este supus unui tratament termic realizat dupa un palier termic prestabilit de la temperatura camerei pana la o temperatura maxima de 9-1 C in atmosfera controlata. Materialul obtinut are consistenta solida/monolitica si forma geometrica bine definita. Gelul organic impregnat initial in pasla carbonica devine la finalul acestui tratament termic un xerogel carbonic ancorat in pasla carbonica utilizata ca substrat. Materialul compozit obtinut in conditiile de mai sus a fost utilizat drept electrod in constructia echipamentul de deionizare capacitiva fara alte modificari constructive. (pasla carbonica este stantata anterior activarii si impregnarii cu xerogel organic la dimensiuni prestabilite ce constituie dimensiunile viitorului electrod CDI). 4

Performante dimensionale: Fata de modulul CDI experimental anterior acest modul redimensionat prezinta urmatoarele caracteristici dimensionale: 1.suprafata geometrica a electrozilor a fost marita de aprox. 7 ori; 2.au fost realizati 44 de electrozi cu dimensiunile (2x2x2.5)mm fata de 22 de electrozi (varianta 2- ce suporta un debit de 1 litru/ora) cu dimensiunile de (5x12x2.3)mm Colectori de curent Pentru realizarea colectorilor de curent s-a ales ca variata de lucru un material carbonic de tip electrografit cu porozitate minima (.1% similar grafitului spectral) Separatoare Ca separator al spatiului anod/catod s-a utilizat o impaslitura de fibra de sticla (fibre de sticlă silico - borosodice, fixate cu ancolant pe bază de răsină ureofolmaldehidică si armate cu fire de sticlă ) Dupa obtinerea si asamblarea modulului demonstrator de desalinizare apa de mare au fost efectuate teste preliminare in vederea estimarii caracteristicilor functionale ale acestuia. In urma testelor preliminare s-a constat ca modulul realizat poate suporta cu usurinta un debit de pina la 8 litri /ora in parametrii de randament de 93%. MODUL Pompa peris Sursa Panou Fig.1. Demonstrator :echipament de desalinizare apa de mare in regim capacitiv Fig.2. placi de colecotori grafitici Fig.3. Pachete de electrozi/colectori/separatoare O a doua activitate importanta sustinuta pe parcursul anului 212 a constat in: Caracterizari functionale in vederea identificarii regimului optim de functionare al modelului experimental desalinizator capacitiv CX1. Parametrii urmariti: regim de curgere, putere consumata, tensiune de alimentare, regim de regenerare, raport de indepartare a sarurilor Conditii de lucru: 41

Temperatura de lucru: 18-28C Efluenti testati: - apa de mare sintetica (compozitie conf. faza 1/212- cap.5.1. tab. Nr.1.) - solutii de KCl Conductivitati solutii test : 14mS, 2mS, 24mS, 35mS Tensiune de alimentare constanta:.6v,.8v, 1V, 1.2V Debit : 5litri/h; 8litri/h, 1litri/h Presiune atmosferica In vederea derularii experimentarilor de caracterizare functionala a modulului CX1, a fost conceput un stand de incercari (fig.4.) compus din: modulul de desalinizare (1), pompa peristaltica (2), rezervor (3), celula pentru estimarea conductivitatii (4), sistem electronic pentru conditionarea semnalului (5), sursa de alimentare diferentiala BK Precision 1761(6), generator de semnal RIGOL 111 (7), placa de achizitie de date (8), sursa de alimentare in comutatie- ITECH:IT 6322 (9), sistem de calcul (PC Fig.4. Stand de incercari 42

A fost realizata o celula pentru estimarea conductivitatii efluentului de iesire din modul (prin introducerea a doua fire din platina intr-o carcasa din plastic si pozitionata pe calea de evacuare a modulului de desalinizare. ) Celula de conductivitate a permis inregistrarea rezistentei electrice a efluentului ce trece printre cele doua fire. Pentru sesizarea modificarii rezistentei electrice a lichidului, a fost realizat un divizor de tensiune cu ajutorul a doua rezistente (Rd si Rp). Schema electrica a celulei pentru estimarea conductivitatii si divizorului de tensiune este cuprinsa in schema-bloc a standului de testare, data in fig.5. Intre punctele A si B a fost aplicat un semnal sinusoidal de amplitudine si frecventa cunoscute. Intre punctele B si C a fost preluata o tensiune cu ajutorul sistemului electronic de conditionare a semnalului. Dupa prelucrare, acesta a fost aplicat intrarilor AI, AI1, AI2 Prin utilizarea acestei celule a fost posibila inregistrarea unui ciclul complet regenerare/desalinizare.(fig.6). Se remarca faptul ca o variatie foarte mare a conductivitatii intre ordine de marime incepand de la sute de μs/cm la zeci de ms/cm corespunde unei variatii de rezistenta de zeci de kilo-ohmi ceea ce demonstreaza ca acest sistem poate fi integrat in viitor ca o solutie facila intr-un sistem automat pentru controlul automat al ciclurilor de desalinizare/regenerare Fig.5. Variatia rezistentei celulei de estimare a gradului de desalinizare pentru un ciclu de regenerare/desalinizare 43

In vederea realizarii viitoare a unui sistem CDI cu functionare continua, au fost efectuate o serie de teste destinate optimizarii regimului de regenerare al sistemului de desalinizare. Astfel, ideea de regenerare optimizata a sistemului CDI realizat a constat in schimbarea polarizarii electrozilor la tensiuni mai mari decat cele aplicate in regimul de functionare(desalinizare). S-a constatat ca o tensiune de 1.8V aplicata la inversarea polarizarii electrozilor reduce timpul de regenerare la o ora (se obtine echivalenta 1 ora functionare 1 ora regenerare) Calculul energiei utilizate ( pentru tensiunea de alimentare de 1.2 V) pentru desalinizare/regenerare s-a facut prin integrarea numerica a datelor cu metoda trapezelor. Astfel s-au obtinut urmatoarele valori : Tab. Nr.1 Consumul energetic inregistrat pentru procesul de desalinizare/regenerare la tensiunea de alimentare de 1.2V respectiv 1,8Vpentru regenerare Operatia Apa W*s W*h Litri pe ora W*h/l 1 Desalinizare KCl 35g/l 1864.21.52 6..86 2 Regenerare Apa de mare/apa robinet 925.49 2.56 3..85 3 Desalinizare NaCl 35 g/ 4389.99 1.22 5..244 4 Regenerare NaCl 35 g/l 1387.74.39 5..77 5 Regenerare Apa de robinet 7811.85 2.17 5..434 De asemenea, consumul energetic total a fost calculat pentru 1 ora de functionare a sistemului CDI si in cazul: debit de 8l/h, tensiune de 1V: La o tensiunea de lucru 1Vcc, curentul absorbit este de 48mA. W = P x t = U x I x t [Wh] W = 1V x,48a x 1h =,48 Wh Densitatea de curent J = di/ds [A/m²], I = 48mA, S =,4m²/electrod Modulul de desalinizare are in compunere un numar de 44 electrozi: 44x,4=1,76 m 2 J =,48A/ 1,76m 2 J =,27 [A/m 2 ] Analizand datele de mai sus putem spune ca parametrii functionali ai modulului experimental CX1 sunt comparabili cu prototipurile existente la ora actuala pe plan international. In acest sens se exemplifica cu urmatorul pasaj extras din T. J. Welgemoeda, C. F. Schutte, Capacitive Deionization TechnologyTM: An alternative desalination solution Desalination 183 (25) 327 34: CDTTM can be used to treat brackish water (8 1, mg/l). The desalination of brackish source water is becoming increasingly more important. Competing technologies for this application are electrodialysis 2.3 Wh/liter (7.7 Wh/gal) and reverse osmosis 2,25 Wh/liter (8,5 Wh/gal). CDT is more energy efficient at,13,59 Wh/liter (,5 2,25 Wh/gal) depending on energy recovery and operation PN 35-3-3 Faza 1/212: Traductor de umiditate pentru monitorizarea microclimatiilor cu validare prin spectrometria in domeniul THz. În urma unui studiu de literatură (susţinută de 42 referinţe bibliografice) privind senzorii de umiditate şi procedurile de realizare, a fost selectată pentru abordare şi realizare varianta constructivă bazată pe principiul grilelor conductoare interdigitale acoperite cu polimer adecvat, cu admitanţă (determinată de rezistivitatea de volum şi permitivitatea dielectrică) dependentă de umiditatea mediului. Au fost identificate si selectate două tehnologii pentru realizarea grilelor conductoare pentru senzorii de umiditate de tip rezistiv. Astfel, au fost realizaţi senzori de tip rezistiv cu grile conductoare interdigitale si au 44

fost acoperite cu material sensibil la umiditate de tip polimer polieter imidă. S-au realizat grile din argint pe substrat din alumina, grile din cupru pe substrat din sticlotextolit si pentru compensarea slabei rezistente a cuprului in fata acţiunii mediului ambiant au fost realizate câteva încercări de protecţie a grilei de cupru cu acoperire de nichel. S-au obţinut astfel mai mulţi senzori de umiditate cu diverşi parametri şi a fost conceput şi realizat un prototip de traductor de umiditate care debitează la ieşire semnal tensiune în domeniul -5V. Materialul sensibil utilizat a fost un polimer polieter imida sintetizat de către Institutul de Chimie Macromoleculară Petru Poni Iasi. Polimerii polieter imide se utilizează in o serie de aplicaţii în dispozitive electrice si electronice, in medicină şi în industria aeronautica şi se caracterizează prin bune proprietăţi ceea ce îi fac utilizabili si pentru aplicaţii in senzori de umiditate prin : bune proprietati electrice respectiv: constanta dielectrica εr=3,15 la 1 KHz, 5% UR, factor de disipare tgδ=,13 la 1KHz, 5%UR si 23ºC, absorbţie mică de apă respectiv,25% la 24 ore si 22ºC; bune proprietati termice. Polimerul polieter imida a fost preparat prin tratarea termica a acidului poliamic corespunzător, care a fost sintetizat prin reactia de policondensare a 2,2-bis{(3,4-dicarboxifenoxi) fenil}propan dianhidrida (6HDA) cu 4,4'(1,3-fenilenedioxi) dianilină (PODA) in N-metil-2- pirolidonă ca solvent, la o concentraţie de 5-1%. În urma unui studiu documentar au fost selectate variantele constructive de senzori de RH abordabili. Astfel, au fost realizate câte 5 exemplare de senzori de RH în 4 variante constructive diferite, pentru care au fost trasate caracteristicile R=f(RH). De asemenea a fost conceput, simulat, realizat şi experimentat un circuit electronic unificator de semnal senzor/traductor, care, cu senzorii realizaţi, în domeniul 5-9%RH debitează un semnal proporţional de -5V. 2.2. Proiecte contractate: Cod obiectiv Nr. proiecte contractate Nr. proiecte finalizate Valoare (lei) Total 212 Total Nr. personal CD Studii superioare 1 3 3 2.419.449 5.831.65 72 38 2 2 2 9.2.87 1.988.29 62 36 3 2 2 5.311.123 9. 36 27 Total: 7 7 34.733.442 8.719.94 17 16 2.3 Situatia centralizata a cheltuielilor privind programul nucleu : Cheltuieli lei- Estimate Efectuate I. Cheltuieli directe 5.326.415 5.252.599 1. Cheltuieli de personal, din care 5.69.976 5.69.976 1.1. Cheltuieli cu salariile 3.964.946 3.964.946 1.2. Alte cheltuieli de personal, din care: a) deplasări în ţară b) deplasări în străinătate 2. Cheltuieli materiale şi servicii, din care: 256.439 182.623 2.1. Materii prime şi materiale 256.439 165.133 2.2. Lucrări şi servicii executate de terţi 17.49 II. Cheltuieli Indirecte: Regia 3.393.525 3.467.341 III. Dotări independete şi studii pentru obiective de investiţii proprii, din care: 1. Echipamente pentru cercetare-dezvoltare 2. Mobilier şi aparatură birotică 3. Calculatoare şi echipamente periferice TOTAL ( I+II+III) 8.719.94 8.719.94 45

3. Analiza stadiului de atingere a obiectivelor programului Obiectiv 1: Produse si materiale avansate pentru ingineria electrica Nr.tema Stadiul de atingere a obiectivelor programului PN 35- Activitătile desfăsurate au condus la îndeplinirea obiectivelor propuse: studiu privind 1-1 teoria proceselor electromecanice în structuri elastomerice, realizarea de modele experimentale de actuatori pe baza de elastomeri, realizarea unui model experimental de senzor de fortă si de impact, realizarea unui model experimental de microgenerator tip harvesting, realizarea unui vâscozimetru bazat pe efectul piezoelectric, proiectarea unui traductor piezoelectric, realizarea unui model experimental-functional de traductor piezoelectric, algoritm de proiectare microsenzori, proiect microsenzori de presiune si proiect matrice cu microsenzori, realizare microsenzori si matrice de microsenzori, calcul, constructie si desene de executie cipuri de captare microfluidice tip laborator pe un chip destinate separării celulelor si/sau microorganismelor de acelasi tip, din sisteme complexe, depunerea de cereri pentru brevete de inventie si diseminarea rezultatelor. În ceea ce priveste proiectarea si realizarea unui model experimental-functional de traductor piezoelectric au fost proiectate, realizate si experimentate trei variante de traductoare piezoelectrice. S-a proiectat si executat un senzor piezoelectric destinat măsurării vâscozitătii lichidelor cu domeniul de vâscozitate la temperatura ambiantă: 3 1 mpa/s. A fost realizat un algoritm de calcul si proiectare pentru microsenzor de presiune pentru evaluarea fiziologică în domeniul reabilitării medicale a membrelor superioare. Domeniile materialului sensibil au fost alese destul de largi pentru a putea avea acoperiri cu materiale de tip PZT în scopul obtinerii unor variante diverse. Algoritmul a inclus două diviziuni distincte: breviarul micromecanic si breviarul electric. Structura aleasă a fost de tip embedded, pentru reducerea fortelor directe si pentru protectie. Au fost realizate două variante dimensionale de microsenzori. S-au utilizat materiale ieftine cum ar fi cauciucul siliconic si elementul piezoceramic. A fost stabilită tehnologia de embedded utilizând cauciuc siliconic.utilizînd microsenzori de presiune au fost realizate matricile pentru evaluarea mobilitatii si motilitătii membrelor inferioare. Matricile au fost testate la compresiuni si socuri, solicitări specific aparatului locomotor; stabilitatea posturală, pozitionări în mers etc. În ceea ce priveste calculul si constructia cipurilor de captare microfluidice tip laborator pe un chip destinate separării celulelor si/sau microorganismelor de acelasi tip, din sisteme complexe, s-a optat pentru principiul separării pe baza mărimii particulelor. Dintre numeroasele metode bazate pe acest principiu s-a ales, pentru constructia microcipurilor propuse, metoda deplasării laterale deterministă. S-a realizat proiectul de executie pentru cipul de captare microfluidic destinat separării eritrocitelor de limfocitele din sângele uman si proiectul de executie pentru cipul de captare si separare al algelor din apa de mare. Dimensiunea particulelor care se separa este cuprinsa intre 3μm si 2 μm. Pentru a dimensiona micropompa s-a făcut calculul căderii de presiune pentru fiecare din cele două microdispozitive, s-a folosit aceleiasi micropompă (ca tip) pentru ambele dispozitive microfluidice. S-a dimensionat micropompa, ce functionează pe baza interactiunii dintre un micromagnet permanent si o microbobină plană. S-a dimensionat o putere necesară de 24 mw, la o tensiune de 1V. Din punct de vedere constructiv, s-a stabilit tehnologia de executie pentru micropilonii verticali ai matricelor de separare si tehnologia de executie a microbobinei plane. S-au realizat trei proiecte de executie, care contin desenele de ansamblu si desenele pentru toate reperele microdispozitivelor microfluidice. S-au proiectat si realizat modele experimentale de microdispozitiv termoelectric si echipament adaptor pentru voltmetre. S-au realizat materialele Ca,9 La,1 MnO 3 si Ca 3 Co 4 O 9 prin metoda sol gel si sinterizare prin presare isostatica. Materialele sintetizate au fost caracterizate structural si morfologic si a fost pusă în evidentă structura nanometrica. Au fost 46

masurate conductivitatile electrice si termice. S-a realizat proiectarea microdispozitivului termoelectric. Au fost realizate 2 modele experimentale de microdispozitive termoelectrice având ca materiale termoelectrice oxizi semiconductori tip n Ca,9 La,1 MnO 3 si tip p Ca 3 Co 4 O 9, (un model cu un modul si un model cu două module de termoelemente). Modelele experimentale s-au testat pentru stabilirea performantelor de functionare. Masuratorile s-au efectuat atât pe dispozitivul cu un modul cât si pentru cel cu două module. Au fost proiectate şi realizate un microdispozitiv şi un echipament de conversie microelectromecanică. Microdispozitivul are în compunere un element sensibil format din 2 pastile piezoceramice sub formă de inel; o masa seismică din aliaj greu pe bază de wolfram de formă cilindrica; corpul, capacul, tija centrală şi piuliţa specială din oţel inoxidabil. Echipamentul are ieşire în semnal unificat, banda de frecvenţă 1 11Hz, frecvenţă de rezonanţă >11Hz, nelininiaritate în banda de frecvenţă <3%, sensibilitatea Sv=1mV/(m/s²), precizie +/- 3%. Având în vedere cele de mai sus se constată că prin lucrările realizate s-au adus contribuţii deosebite în domeniul realizării de componente şi sisteme microelectromecanice (MEMS). PN 35-1-2 PN 35-1-3 Conform obiectivelor temei au fost realizate toate activitatile prevazute in planul de realizare: omologare prototipuri electromagneti si magnet de injectie, realizare bobina supraconductoare si sisteme conexe, elaborare referential initial, realizare fise de produs, diseminare nationala si internationala, experimentare prototip bobina supraconductoare, certificare prototip bobina supraconductoare realizare prototip electromagnet steerer si realizare model experimental electromagnet supraconductor cuadrupolar. In urma activitatilor realizate putem concluziona, avand in vedere activitatile realizate, ca prototipurile de magneti vor putea fi integrate cu usurinta in cadrul proiectului FAIR si prezinta un avantaj semnificativ pentru inchierea unor contracte pentru realizare de electromagneti in cadrul consortiului HESR-FAIR. Modele experimentale de materiale compozite avansate Au fost realizate modele experimentale de materiale compozite avansate după cum urmează: - 5 modele experimentale de tesătură compozită absorbantă de radiatii electromagnetice, folosind microfirele pe baza de pe baza de Cu si aliaj Co 77,1 Fe rest B 7,3 Cr 3,6 Mn 1 Si 1. Esantioanele cu probe de microfir pe baza de Co prezinta o atenuare relativ constanta pe intreg domeniul de masurare (1-18 GHz) cu valori maxime de 6,45 db pentru tesatura cu microfir din aliaj Co de.2 mm, si de 8,39 db pentru tesatura microfir de Cu de.6 + microfir aliaj Co de.2 mm (Fig.6). Atenuarea cea mai buna (38 db) este asigurata de tesatura cu microfir de Cu de.6 mm. Din punct de vedere al masuratorilor de rezistivitate electrica, valorile obtinute au fost: P1 - microfir cupru emailat - 3.3 1-8 Ω m ; P2 fir cupru (tras la ICPE-CA) -.128 1-8 Ω m; P3 microfir Cu cu invelis sticla - 4.46 1-8 Ω m; aliaj Co75Mn1FeB9.4Si11Cr3.6-3.8 1-8 Ω m; aliaj Co77.1FeB7.3Mn1Cr3.6Si1-17.5 1-8 Ω m. Microfirul de Cu cu invelis de sticla prezinta cea mai buna rezistivitate electrica. 8 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) Fig. 6 Comparatie intre atenuarile obtinute pentru probele testate 5 modele experimentale de fibră PAN oxidată (FPO). Rezistenţa electrică are valori situate 47

în intervalul 2,16 1 8-5 1 8 Ω, rezistenţa la tracţiune are valori situate în intervalul 264,1-319,3 MPa şi modul de elasticitate cuprins in intervaluyl 4,1-7,43 GPa. Fibrele PAN precarbonizate au o rezistenţa mecanica la tractiune mai mica, de pana la 4,77 MPa, respectiv 12,18 Mpa fata de fibrele PAN oxidate. 8 7 6 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 8 7 6 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 8 7 6 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 5 4 3 5 4 3 5 4 3 2 2 2 1 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) a) b) c) Fig. 7. Imagini SEM (a) si AFM (b - topografie de suprafata, c profil de linie) ale FPO obţinută prin oxidare la 21_23_25 C cu viteza de 2m/h 8 7 6 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 8 7 6 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 8 7 6 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 5 4 3 5 4 3 5 4 3 2 2 2 1 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) a) b) c) Fig. 8. Imagini SEM (a, b) si AFM (c) ale fibrei PAN precarbonizare la 4_6_9 o C cu viteza de 4 m/h 6 modele de element piezoceramic cu anizotropie ridicată din 2 tipuri de materiale aparţinând sistemului de tip perovskit pe bază de titanat de plumb modificat descrise de formula generală, Pb 1-3x/2 Me x (Ti.98 Mn.2 )O 3 cu x=,6 resp,8, cu următoarele caracteristici: > 6,9 g/cm 3, P a < 5%, tg < 2 x 1-2, T C 3 C, r = 1 4), K T /K p 1, v > 2,5x1 9 Ωm. În figurile 9-14, sunt prezentate micrografiile elementelor cu anizotropie ridicată, în care se evidenţiază structura de domenii caracteristică compoziţiilor tip titanat de plumb modificat (PT modificat cu Bi, Sm, Y). 8 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 8 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 8 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 2 2 2 1 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) Fig.9.PTBi6 sinterizată la 119 o C -2h Fig.1. PTSm6 sinterizată la 119 o C -2h Fig.11. PTY6 sinterizată la 119 o C -2h 48

8 8 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm 7 Tesatura cu microfir aliaj Co 7 Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Tesatura cu fir de Cu.12 mm 6 Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm 6 Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 5 4 3 5 4 3 2 2 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) 8 7 6 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) Fig.12.PTBi8 sinterizată la 119 o C -2h Fig.13.PTSm8 sinterizată la 119 o C -2h Fig.14.PTY8 sinterizată la 119 o C - 1 modele experimentale (ME) de materiale compozite avansate de tip carbon-oţel realizate prin joncţiuni mecanice/fizice/chimice din care, prin metoda de îmbinare prin lipire la rece cu material adeziv din răşini epoxidice (3 ME) cu rezistenţa la încovoiere/rupere cuprinsa in intervalul 19,5...41,1 Mpa; prin metoda de îmbinare prin lipire la cald cu un material metalic de tip Sn-Cu (3 ME) cu rezistenţa la încovoiere/rupere cuprinsa in intervalul 27,95...1,7 MPa, duritatea HV.3/15 a materialului de imbinare de 15,783 kgf/mm 2 si prin metoda de îmbinare prin sinterizare în plasmă (4 ME) cu rezistenţa la încovoiere/rupere cuprinsa in intervalul 81,31...196,58 MPa, duritatea HV.3/15 a materialului de imbinare de 16,57...62,41 kgf/mm 2. In urma testelor mecanice s-au ales ca metode optime de obtinere a jonctiunilor de tip carbon-otel metoda de îmbinare prin lipire la cald cu un material metalic de tip Sn-Cu pentru aplicatii la temperaturi scazute (<22 o C) si metoda de îmbinare prin sinterizare în plasmă cu material de imbinare pe baza de Zn pentru aplicatii la temperaturi medii (<4 o C); 8 8 Tesatura cu fir de C u.6 m m Tesatura cu fir de Cu.6 mm 7 Tesatura cu microfir aliaj Co 7 Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de C u.12 m m Tesatura cu fir de Cu.12 mm 6 Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm 6 Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 5 4 3 5 4 3 2 2 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) a) b) Fig.15. Aspectul unei probe obtinute prin stanare termica (a) si prin SPS (b). Conceptie si realizare model experimental de materiale compozite cu continut scăzut de elemente deficitare Au fost realizate modele experimentale de materiale compozite avansate după cum urmează: 3 modele experimentale de compozitie: Nd 11 Fe 83 B 6, Nd 1,5 Fe 84 B 5,5 si Nd 1 Fe 85 B 5 in conditii diferite prin turnare pe tambur rotitor, obtinandu-se benzi precursoare, prelucrabile prin pulverizare prin explozie, in vedere obtinerii de pulberi nanocristaline. Experimentarile au demonstrat ca o crestere a vitezei de turnare cu 5 m/s (de la 1 m/s la v = 15 m/s) in cazul aliajului Nd 1 Fe 85 B 5 (Nd 2 Fe 14 B + 15% Fe), aliaj cu cel mai ridicat continut de Fe, a pastrat grauntii de faza magnetic dura Nd 2 Fe 14 B in stare amorfa si a permis scaderea cu aproape 38% a dimensiunii medii a grauntilor de faza magnetic moale α Fe. Cresterea vitezei de turnare implica insa si o reducere a lungimii si latimii benzilor ce se obtin, cu consecinte negative asupra posibilitatii manipularii acestor benzi si folosirii lor ca precursori pentru prepararea pulberilor nanocristaline prin explozie. La stabilirea parametrilor optimi pentru obtinerea unor benzi care sa se constituie in precursori adecvati, prelucrabili prin pulverizare prin explozie, cercetarile au evidentiat ca trebuie sa se tina cont de: (i) influenta vitezei de turnare si a marimii si configuratiei duzei de 49

ejectare a topiturii asupra dimensiunilor grauntilor de faza α-fe si (ii) de influenta continutului de fier asupra procesabilitatii aliajului, asupra dimensiunilor grauntilor de faza α-fe si asupra proprietatilor magnetice. 8 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 8 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 2 2 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) Nd 2 Fe 14 B + 5% Fe neomeogenizat 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) Nd 2 Fe 14 B + 5% Fe - omogenizat 8 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 8 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 2 2 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) Nd 2 Fe 14 B + 1% Fe neomeogenizat 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) Nd 2 Fe 14 B + 1% Fe omogenizat 8 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 8 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 2 2 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) Nd 2 Fe 14 B + 15% Fe neomeogenizat Nd 2 Fe 14 B + 15% Fe omogenizat Fig. 16 Microscopii pentru probe masive inainte si dupa tratamentul de omogenizare. Din calculul dimensiunilor de graunti cristalini pentru aceasta faza, se poate observa ca o crestere a vitezei de turnare este benefica, stiut fiind faptul ca dimensiunile grauntilor acestei faze trebuie sa fie mentinuti la valori sub 2 nm, in caz contrar proprietatile magnetice deteriorandu-se drastic. In general, se considera ca diametrul critic al grauntilor de faza magnetic moale trebuie sa fie dublul latimii peretelui de domeniu al fazei magnetic dure, care in cazul Nd 2 Fe 14 B este in jur de 5Å. Au fost efectuate experimentări de oxidare-stabilizare a precursorului PAN în diferite condiţii de temperatură şi viteză de depănare a firului şi s-au realizat un număr de 4 modele experimentale de fibră PAN oxidată (FPO), FPO_21_235_25_2/5, FPO_215_235_265_2/, FPO_215_235_265_2/1, FPO_215_235_265_2/2, aceste modele au fost caracterizate din punct de vedere structural prin difracţie de raze X. Transformările structurale survenite pe parcursul stabilizării în fiecare etapă a acestui proces au fost studiate prin difracţie de raze X, prin comparaţie cu spectul înregistrat pentru precursorul PAN utilizat (Fig.17). 5

Intensity (u.a.) 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 PAN PANox-215-235-25-2m/h-Z1 PANox-215-235-25-2m/h-Z2 PANox-215-235-25-2m/h-Z3 FPO-215-235-25-2 m/h 1 15 2 25 3 35 4 45 5 5 2 Intensity (u.a.) 4 3 2 PAN PANox-215-235-265-2m/h-Z1 PANox-215-235-265-2m/h-Z2 PANox-215-235-265-2m/h-Z3 FPO-215-235-265-2m/h 1 13 1 15 2 25 3 35 4 45 5 2 Intensity (u.a.) 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 PAN PANox-215-235-265-2m/h-Z1 PANox-215-235-265-2m/h-Z2 PANox-215-235-265-2m/h-Z3 FPO-215-235-265-2m/h 1 15 2 25 3 35 4 45 5 2 14 Intensity (u.a.) 12 1 8 6 4 PAN PANox-215-235-265-2m/h-Z1 PANox-215-235-265-2m/h-Z2 PANox-215-235-265-2m/h-Z3 FPO-215-235-265-2m/h 2 1 15 2 25 3 35 4 45 5 Fig. 17. Evoluţia comparativă a picurilor de difracţie la oxidare în diferite condiţii de temperatură şi tensionare 2 51

S-au efectuat experimentări de carbonizare a fibrelor PAN oxidate şi au fost realizare 3 modele experimentale de fibră precarbonizată: FPPC_4_75_9_4/, FPPC_5_75_9_4/, FPPC_5_75_9_8/, care au fost caracterizate din punct de vedere structural prin difracţie de raze X. Utilizând ca precursor fibra FPPC_5_75_9_8/ obţinută prin precarbonizarea FPO_215_235_265_2/ PAN au fost realizate 3 modele experimentale de fibră carbonică electroconductoare: FPC_15_15, FPC_15_18, FPC_15_2, care au fost caracterizate din punct de vedere structural prin difracţie de raze X. Conceptia modelului experimental de fibra de carbon electroconductoare a avut in vedere parcurgerea celor 3 etape succesive caracteristice procesului dec obtinere a fibrei de carbon, luand in considerare necesitatea obtinerii unei conductivitati electrice cat mai ridicate pentru realizarea unei structuri grafitice cu un grad de ordonare structurala cat mai avansat 2 modele experimentale de ceramica pe baza de AlN de tip A1 (AlN cu 2% de Y 2 O 3 ) si respectiv de tip A2 (AlN cu 2% de Y 2 O 3 şi 1,5% de CaF 2 ); din analiza rezultatelor se poate observa influenţa benefică suplimentară a adaosului de CaF 2 (materialul A2) asupra creşterii gradului de densificare, indiferent de temperatura de sinterizare valori de 2,5 g/cm 3 faţă de 2, g/cm 3 pentru 165 o C şi respectiv de 2,7 g/cm 3 faţă de 2,2 g/cm 3 pentru 175 o C. Totuşi gradul de densificare atins nu este unul foarte mare (numai 62 82 %TD) datorită faptului că temperaturile de sinterizare au fost numai de 165 şi 175 o C. 8 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm+ microfir aliaj Co 8 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm+ microfir aliaj Co 2 2 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 111 1213 14 15 1617 1819 Frecventa (GHz) Fi 52

g.18. a) Micrografii a probei AlN1-175 o C Valorile rezistivităţii şi implicit ale conductivităţii σ (.5896 1-12 Sm in cazul probei A1 si.5557 1-12 Sm pentru proba A2 la 175 C) (obţinută prin calcul), măsurate în aceste condiţii, sunt foarte apropiate, neobservându-se diferenţe nici pentru compoziţii diferite, în timp ce pentru temperaturi de sinterizare diferite se observă o uşoară scădere a rezistivităţii ρ v (1.7997 1 14 Ωcm pentru A2 si 1.6962 1 14 Ωcm pentru proba A1 la 175 C fata de 1.918 1 14 Ωcm pentru proba AlN cu 2% de Y 2 O 3 si 1.9146 1 14 Ωcm pentru proba AlN cu 2% de Y 2 O 3 şi 1,5% de CaF 2 ) cu creşterea temperaturii la 175 o C. Rezultatele obţinute pentru rezistivitatea electrică de volum sunt comparabile cu valorile afirmate de producători consacraţi din domeniu. 3 5 25 4 rezistenta electrica [ohmi] 2 15 1 5 AlN1,165C AlN1,175C rezistenta electrica [ohmi] 3 2 1 AlN2,165C AlN2,175C 1 2 3 4 5 Frecventa [Hz] 1 2 3 4 5 Frecventa [Hz] Fig.19.a) Variaţia rezistenţei electrice A1 în funcţie de frecvenţă Fig.19.b) Variaţia rezistenţei electrice A2 în funcţie de frecvenţă Caracterizare modele experimentale Au fost caracterizate modele experimentale de materiale compozite cu proprietati mecanice performante destinate exploatarilor din ingineria electrica, respectiv: -Modele experimentale de material compozit carbonic destinat înlocuirii conductorilor de Al şi Cu Au fost caracterizate din punct de vedere structural, fizic şi electric 2 modele experimentale de fibră PAN oxidată (FPO-215-235-265, FPO-22-24-27), 2 modele experimentale de fibră PAN precarbonizată (FPPC-4-75-9, FPPC-5-75-9), 3 modele experimentale de fibră carbonizată/ grafitizată: FC-15, FC-18, FG-2 prin difracţie de raze X, spectroscopie FTIR-ATR şi Raman, SEM, TEM, microscopie optică, determinarea rezistenţei mecanice şi a rezistivităţii electrice. Din analiza rezultatelor caracterizarii prin difractie de raze X, se constată apariţia liniei (2) la ~26 specifică elementului carbon; la probele precarbonizate FPPC-9 se constată o creştere în intensitate a picului (2); probele carbonizate FC-15, FC-18 şi grafitizată FG-2 prezintă o creştere în intensitate a picului (2), cât şi o accentuare şi îngustare a acestuia; cu toate acestea, la 2 C nu s-a atins încă structura grafitică. Din caracterizarile spectroscopice FTIR, a rezultat un efect skin-core la stabilizarea materialului, evidenţiat de o serie de diferenţe compoziţionale, care necesită o investigare suplimentară şi stabilirea unor eventuale corelaţii între acestea şi proprietăţile finale ale fibrelor obţinute. Din analiza SEM constatăm o reducere a diametrului fibrelor precarbonizate, carbonizate şi grafitizate, fapt confirmat şi de microscopia optică. Se observă, de asemenea structura de suprafaţă specifică a fibrelor de carbon obţinute din precursor PAN, cu striaţii, însă odată cu creşterea temperaturii de tratament termic acestea nu mai sunt la fel de pronunţate. 53

8 7 6 5 4 3 Tesaturacufir decu.6mm Tesaturacumicrofir aliaj Co Tesaturacufir decu.12mm Sandwichmicrofir aliaj Co/ fir decu.6mm Tesaturacufir decu.6mm+microfir aliaj Co 8 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm+ microfir aliaj Co 8 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm+ microfir aliaj Co 8 7 6 5 4 3 Tesaturacu fir decu.6 mm Tesaturacu microfir aliaj Co Tesaturacu fir decu.12 mm Sandwichmicrofir aliaj Co / fir de Cu.6mm Tesaturacu fir decu.6 mm+microfir aliaj Co 8 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm+microfir aliaj Co 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1234567891111213141516171819 Frecventa(GHz) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1111213141516171819 Frecventa (GHz) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1111213141516171819 Frecventa (GHz) 1234567891111213141516171819 a b c d e Fig. 21 Imagine SEM corespunzător eşantionului: a) FPO, b) FPPC, c) FC-15, d) FC-188, e) FG-2 Frecventa (GHz) 1234567891111213141516171819 Frecventa (GHz) a b c d Fig. 22. Imagine HRTEM corespunzător eşantionului: a) FPO, b) FPPC, c) FC-15, d) FC- 188, e) FG-2 Din analiza rezultatelor mecanice si electrice, se constată că fibra grafitizată la 2 C, FG-2, prezintă o creştere a rezistenţei mecanice (693,2 MPa) şi o scădere a rezistivităţii electrice faţă de fibra carbonizată FC-15; pentru fibrele precarbonizate FPPC- 9 se observă o creştere de 1 ori a modulului elastic şi o creştere de 1,5 ori a rezistenţei la rupere; alungirea scade de aproape 14 ori; modulul elastic al fibrelor carbonizate FC-15, FC-18 şi grafitizată FC-2 creşte de aproximativ 2 ori faţă de fibrele precarbonizate. 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 m Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 m Sandwich microfir aliaj Co / f Tesatura cu fir de Cu.6 m 7 6 5 4 3 Tesatura cu fir de Cu.6 m Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 m Sandwich microfir aliaj Co / f Tesatura cu fir de Cu.6 m 2 2 2 1 1 1 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) a Tesatura cu fir de Cu.6 mm Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm Sandwich microfir aliaj Co / fir de Cu.6 mm Tesatura cu fir de Cu.6 mm + microfir aliaj Co 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Frecventa (GHz) d Fig. 23.Curbe de deformaţie corespunzător eşantionului: a) FPO, b) FPPC, c) FC-15, d) FC-188, e) FG-2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 Frecventa (G b Tesatura cu fir de Cu.6 mm 7 Tesatura cu microfir aliaj Co Tesatura cu fir de Cu.12 mm 6 Sandwich microfir aliaj Co / fir Tesatura cu fir de Cu.6 mm 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Frecventa (GHz e 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 Frecventa (G c Din măsurătorile mecanice s-a constatat că fibrele oxidate FPO-27 prezintă modulul elastic şi rezistenţa la rupere cele mai scăzute, însă prezintă alungirea cea mai mare, ceea ce confirmă faptul că structura încă este aceea a unui polimer. Fibrele carbonizate la 15 C, la 18 C şi fibra grafitizată la 2 C prezintă rezistenţe la rupere mai mari faţă de cele precarbonizate, atingând valoarea de 693,2 MPa. Din măsurătorile electrice s-a constatat că fibrele carbonizate FC-15 prezintă o rezistivitate electrică de 1,164-1,845*1-5 Ωm, fibrele FC-18 prezintă o rezistivitate electrică de 7,872-8,238*1-6 Ωm, iar fibrele grafitizate FG- 2 prezintă o rezistivitate electrică de 7,169-9,396*1-6 Ωm. Creşterea temperaturii de tratament termic conduce la scăderea rezistivităţii electrice a fibrelor de carbon. Modele experimentale a materialelor compozite prin reducerea continutului de 54