Revista >> Iulie - August 2015 [Nr. 177] >> Cercetare & Invatamant superior

ICPE-CA - Centru de referinţă în domeniul ştiinţei şi tehnologiei materialelor carbonice

Ing.fiz. Iulian Iordache, cercetator ICPE-CA

24 August 2015

Grafena, constând dintr-un singur strat atomic alcătuit din atomi de carbon aranjaţi hexagonal şi hibridizaţi sp2, cu o grosime de numai 0,34 nm, prezintă proprietăţi electronice şi optice unice. Cercetătorii ICPE-CA au identificat, în principal, trei motive care stau la baza interesului actual privind grafenele: grafitul, nanotuburile carbonice, fullerenele şi alte forme carbonice pot fi privite ca derivaţi ai grafenei; în al doilea rând, scalabilitatea dispozitivelor cu grafene la dimensiuni nanometrice le fac un candidat promiţător pentru aplicaţii în nano-dispozitive; în al treilea rând, proprietăţile sale de transport de electroni sunt descrise de ecuaţia Dirac, care permite accesul la electrodinamica cuantică prin experimente simple ale materiei condensate, cu aplicaţii: tranzistori grafenici în fotodetecţie cu fotorăspuns ultrarapid pe un domeniu spectral larg de infraroşu îndepărtat la UV, în optică neliniară, în dispozitive plasmonice şi optoelectronice de bandă largă.

Colaborarea ICPE-CA cu alte instituţii din ţară şi din străinătate este una care "cristalizează în structura diamantului". Astfel, printr-un lanţ de legături în care sunt cuprinse instituţii de învăţământ superior, alte institute de cercetare, utilizatori, parteneri externi, ICPE-CA realizeaza un sistem complet în care cercetarea unei teme devine foarte eficientă.

Materialele carbonice, suport pentru dezvoltarea de aplicaţii electrice şi mecanice noi
Schimbările apărute pe piaţa economică în ultimii ani au impus reorientarea industriei către o funcţionare mult mai eficientă din punct de vedere economic, energetic şi ecologic, dezvoltarea unor aplicaţii electrice şi mecanice noi care utilizează materiale noi şi avansate şi care răspund cerinţelor specifice acestor aplicaţii.

Obţinerea unor performanţe maxime în aceste aplicaţii este determinată de parametrii funcţionali activi: presiuni, temperaturi, concentraţii, viteze mari de circulaţie a fluidelor, curenţi variabili şi rezistenţe de contact diferite, care acţionează distructiv prin coroziune şi eroziune asupra componentelor şi, implicit, asupra materialelor din care acestea sunt confecţionate.

Cerinţele impuse unui material se complică în cazul unor condiţii de exploatare deosebite, cum este cazul aplicaţiilor în care materialul este supus simultan la solicitări chimice, mecanice, termice şi electrice. În aceste condiţii severe de utilizare, durata de folosire a materialelor constituente se micşorează substanţial, astfel că cercetările legate de fabricarea şi folosirea unor noi materiale cu performanţe ridicate se impun de la sine.

Pentru ca un material să fie indicat în aplicaţii în care intervin medii agresive şi de transfer termic trebuie să satisfacă urmatoarele condiţii minime: rezistenţă la coroziune cât mai ridicată faţă de mediile agresive care intervin; posibilitatea prelucrării sau aplicării materialului la specificul aplicaţiei; impermeabilitate la mediile agresive; absorbţie minimă de lichide sau gaze; rezistenţe mecanice la întindere, compresiune şi încovoiere cât mai ridicate: bună rezistenţă la şoc termic; bună conductivitate termică; bună aderenţă la diferite suporturi.

Dintre materialele capabile să îmbine maximum de proprietăţi necesare şi să corespundă cel mai bine cerinţelor specifice impuse de o aplicaţie, materialele carbonice prezintă un complex de proprietăţi fizico-chimice, fizico-mecanice, electrice şi tehnologice: densitate aparentă redusă, rezistenţă mecanica bună, rezistenţe remarcabile la coroziune comparativ cu alte materiale metalice sau nemetalice, stabilitate termică echivalentă sau superioară metalelor, conductivitate termică apropiată cu cea a metalelor, conductivitatea electrică variabilă de la conductor la izolator, rezistenţă la şoc termic, dilatare termică redusă, inerţie fiziologică, prelucrabilitate, aderenţă bună la diferite suporturi, toate acestea impunându-le ca materiale de bază în construcţia diferitelor componente sau echipamente speciale.