Dr. Ioan BALTOG Cercetator St. Gr.I Institutul National de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Materialelor. Memoriu de activitate,

Transcription

1 Dr. Ioan BALTOG Cercetator St. Gr.I Institutul National de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Materialelor Memoriu de activitate, Subsemnatul Baltog Ioan CS.I la Institutul National de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Materialelor (INCDFM), laboratorul de Procese Optice in Materiale Nanostructurate, lucrez in domeniul cercetariilor privind fizica materialelor din 1963, la un an dupa ce am terminat Facultatea de Matematica si Fizica, sectia Fizica (promotia 1962) de la Universitatea Bucuresti. In urma diferitelor reorganizari administrative, am activat la Institutul de Fizica Bucuresti (IFB) in perioada , la Institutul de Fizica si Tehnologia Aparatelor cu Radiatii (IFTAR) in perioada si la Institutul National de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Materialelor (INCDFM) din 1992 pana in prezent. De-a lungul timpului, functie de perioadele si cerintele economico-politice si organizatorice impuse, activitatea mea a fost orientata spre cercetari fundamentale, cercetari aplicative si activitati de realizare de metode si echipamente - aparatura de analiza, masura si control. Ultimul tip de activitati au fost desfasurate in mod dominant in perioada Rezultatele obtinute atat in cercetarea fundamentala cat si aplicativa pot fi notate prin lucrari publicate in numar de 170 din care 130 in reviste cotate ISI, peste 2000 citari (indice h=23), participarea cu lucrari la conferinte internationale, 8 brevete acordate si 11 echipamente/aparate realizate si trecute prin incercari metrologice de stat. In contextul unei analize a rezultatelor profesionale imi face placere sa afirm ca in intreaga mea activitate de cecetare am avut ca model de referinta pe Dna. Acad. Prof.Margareta Giurgea, care mi-a fost conducator de diploma de licenta, conducator de doctorat, indrumator si coleg. Am fost deosebit de onorat de faptul ca in 1968 impreuna cu Dna. Prof.Margareta Giurgea sa primesc premiul pentru fizica Constantin Miculescu al Academiei Romane. In vecinatatea domniei sale, am avut sansa sa lucrez intr-un mediu de mare rigoare si emulatie profesionala. Activitatea mea s-a desfasurat in contextul unor tematici de cercetare aferente fizicii starii condensate, care ar putea fi subscrise unui titlu comun: «Efecte de compozitie, structura si dimensionalitate asupra proprietatilor materiei condensate - procese fizice, modele, tehnici experimentale» 1

2 In acest context sunt de mentionat urmatoarele obiective de cercetare la care mi-am adus contributia: 1. Cercetari de imprastierea luminii in solide si lichide: difuzie Rayleigh in lichide pure si solutii de polimeri, difuzie Rayleigh in cristale pure si dopate, difuzie Brillouin, difuzie Raman. - Relevarea prin studii corelate de imprastierea luminii (Rayleigh) si conductie ionica a procesului de aglomerare a impuritatilor cationice bivalente in jurul dislocatiilor din cristalele de halogenuri alcaline. Confirmarea modelului teoretic si prezentarea primei evidente experimentala de decorare a dislocatiilor cu impuritati in domeniul termic aferent conductiei ionice extrinseci. - Relevarea prin studii corelate de imprastierea luminii, absorbtie optica si fotoluminescenta si termoluminescenta a mecanismelor de agregare a impuritatilor cationice bivalente in cristale ionice. Evidentierea unor efecte optice neliniare de tip emisie excitonica superradianta pe monocristale semiconductoare cu structura de strat (PbI 2 ) - Cercetari corelate de luminescenta si spectroscopie Raman si spectroscopie Raman rezonanta pe cristale pure si dopate. Evidentierea unei noi structuri fononice pentru sistemul CsPbCl 3 si a unei emisii excitonice modulata prin interactie cu fononii. Evidentierea si evaluarea factorului de castig pentru o emisie superradianta de tip excitonic. 2. Cercetari privind procesele fizice de suprafata si interfata generate prin plasmoni de suprafata. Procese optice neliniare in materiale nanostructurate. - Evidentierea cantitativa si pentru prima data, a dependentei intensitatii unui semnal SERS excitat prin plasmoni de suprafata, de caracteristicile de rugozitate ale suportului. Modelarea conditiilor experimentale de producere reproductibila a unor suporti activi SERS cu rugozitate controlabila. Am initiat si dezvoltat cercetari sistematice de spectroscopiei SERS in studiul polimerilor conductori. Prima raportare in literatura de specialitate a unui spectru SERS obtinut pe nanotuburi de carbon (NTC). - Studii de spectroscopie SERS (Surface Enhanced Raman Scattering) pe polimeri conductori, nanoparticule de carbon (C 60, nanotuburi de carbon, grafena) si nanocompozite de tip polimer conductor/nanoparticule de carbon. Evidentirea prin spectroscopie SERS a unor procese de auto-agregare a C 60, a interactiei NTC cu metale active SERS si a unor procese de functionalizare a NTC cu polimeri conductori prin interactii chimice, mecano-chimice si electrochimice. - Procese optice neliniare in materiale nanostructurate. Evidentierea pentru prima data a unui proces Raman stimulat (RS) pompat prin plasmoni de suprafata si a unui proces de emisie 2

3 anomala anti-stokes de tip CARS (Coherent anti-stokes Raman Scattering) in structuri mesoscopice. Racirea cuantica a nanotuburilor de carbon de tip semiconductor relevata prin spectre Raman anomale anti-stokes. Relevarea unor procese de luminescenta anti-stokes pe compozite de tip polimer conjugat/nanotuburi de carbon. - In contextul acestui obiectiv am initiat si dezvoltat in Romania primele cercetari pe nanotuburi de carbon si de realizare a unor compozite nanotub de carbon/ polimer conductor cu aplicatii in domeniul bateriilor reincarcabile cu litiu si supercapacitorilor. Colectivul pe care il conduc ( Baltog & Baibarac detine primul loc ca publicatii in Romania pe acest subiect si pe spectroscopia RAMAN si locul 16 in lume la carbon nanotubes (vezi anexele). 3. Cercetari privind materialele nanostructurate. Intercalarea materialelor cristaline cu structura de strat. Evidentierea unor efecte de tip quantum wells. Au fost efectuate studii corelate de foto-luminescenta, spectroscopie de absorbtie si spectroscopie Raman pe materiale cristaline cu structura de strat (AgI, CdI 2, PbI 2, BiI 3 ) si relevate efecte de tip quantum wells si de colectare de sarcini evidentiate in structuri de strat cristaline. 4. Elaborarea de metode optice (refractometrie, Schlieren si shadowgrafie) pentru investigarea plasmelor fierbinti din domeniul temporal al nanosecundei. - Realizarea unui sistem interferometric pulsat format dintr-un laser pulsat cu azot multicanal (4 canale cu durata pulsului de 2 ns si separate prin 20 ns) si un interferometru Mach- Zender cu bratele de (150x75x150x75 cm) care a permis evaluarea densitatii de electroni si evolutia temporala a acesteia (in domeniul nanosecundelor) intr-o plasma focalizata. Sistemul realizat este al doilea raportat pe plan mondial. 5. Realizarea de aparatura optica de cercetare, analiza si control: In perioada activitatea a fost desfasurata numai in cadrul unor contracte economice care vizau realizarea de metode si aparate de analiza, masura si control pentru agenti economici. In acest context mentionez cateva din aparatele si echipamentele realizate care au fost trecute prin incercari metrologice de stat: i) analizor de particule-granulometruechipament destinat determinarii dimensiunii particulelor rezultate din procese de macinare a minereurilor, cimentului etc; ii) fotogoniodifuzometru aparat destinat determinarii maselor moleculare ale polimerilor; iii) elipsometru fotoelectric; iii) metoda de masurarae a factorului de pierdere in transmisia optica in preforme de sticla optica (raport Landau-Platzekimprastiere Brillouin); iv) fotometru in infrarosu pentru controlul pierderilor de apa grea la 3

4 INCernavoda; v) fotometru in infrarosu pentru controlul cozilor de distilare la instalatia de regenerare a apei grele la INCernavoda - Rezultate: 10 aparate si echipamente trecute prin probe de omologare si 8 brevete. - Responsabil si coordonator al grupului de cercetare din INCDFLPR (22 persoane) care in perioada ( ) a fost angajat in activitati de asimilare si realizare a echipamentelor pentru centrala nuclearo-electrica de la Cernavoda, unit.i. Activitatile complexe (cercetare, proiectare, executie, omologare, punere in functiune) s-au desfasurat in regim de asigurarea calitatii si sub control canadian, Atomic Energy Candian Ltd. (AECL). Echipamentele realizate si omologate in cadrul acestui colectiv au fost singurele din sistemul ICEFIZ destinate functionarii on-line. Echipamentele realizate sunt in functiune si azi la Unit.I Cernavoda. 6. Alte rezultate: i) - coautor la trei articole review : S.Lefrant, I.Baltog, M.Baibarac Surface-enhanced Raman scattering studies on chemically transformed carbon nanotubes thin films J. Raman Spectroscopy,36, , (2005 ) S. Lefrant, M. Baibarac, I. Baltog Raman and FTIR spectroscopy as valuable tools for the characterization of polymer and carbon nanotube based composites. Journal of Materials Chemistry, 19, , (2009) M. Baibarac, I. Baltog, and S. Lefrant Recent Progress in Synthesis, Vibrational Characterization and Applications Trend of Conjugated Polymers/Carbon Nanotubes Composites Current Organic Chemistry, 15, No.8, , (2011) ii) - coautor la trei capitole de carte: Chapter 5. Composites based on conducting polymers and carbon nanotubes, M. Baibarac, I. Baltog, S. Lefrant, in Nanostructured Conductive Polymers edited by Ali Eftekhari, John Wiley&Sons, Ltd. 2010, pages , ISBN: Chapter 15. Surface enhanced Raman scattering of carbon based nanomaterials, I. Baltog, M. Baibarac, S. Lefrant, in Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology vol.24, pages edited by H. Nalwa, American Scientific Publishers, 2011, ISBN: Chapter 16. Raman and FTIR spectroscopy as valuable tools for the characterization of graphene-based materials M. Baibarac, I. Baltog, S. Szunerits, 4

5 in Graphene Science Handbook, editor Z.A. Niknam, CRC Press, Taylor and Francis Group LLC, vol. 5 Size-Dependent Properties (edited by M Aliofkazraei, N A W I Milne, C S OS Mitura, JL Gervasoni), p (2016) iii)- in cadrul Colectivului de Optica pe care il conduc din 1986, au fost obtinute mai multe premii ale Academiei Romane : Dragomir Hurmuzescu 1997 si doua premii Constantin Miculescu in 2000 si 2007 iv)- lucrarile de mai jos au fost selectate si incluse in Top 25 Science ELSEVIER - Electrochemical and vibrational properties of single-walled carbon nanotubes in hydrochloric acid solutions S.Lefrant, M.Baibarac, I.Baltog, T.Velula, J.Y.Mevellec, O.Chauvet; Diamond and Related Materials,14, ,(2005) Science Top 25 - Surface-enhanced Raman scattering studies on C 60 fullerene self-assemblies M.Baibarac, L. Mihut, N.Preda, I. Baltog, J.Y.Mevellec and S. Lefrant Carbon,43, 1-9,(2005) Science Top 25 - Covalent functionalization of single-walled carbon nanotubes by aniline electrochemical polymerization M.Baibarac, I.Baltog, C.Godon, S.Lefrant, O.Chauvet Carbon, 42, , (2004) Science Top 25 - SERS spectroscopy studies on the electrochemical oxidation of single- walled carbon nanotubes in sulfuric acid solutions S. Lefrant, M. Baibarac, I. Baltog, J.Y. Mevellec, L. Mihut, O. Chauvet Synth. Met. 144, ,(2004) Science Top 25 - Poly (N-Vinyl Carbazole) and Carbon Nanotubes based Composite and their Application to Rechargeable Lithium Batteries M. Baibarac, M. Lira-Cantú, J. Oró Sol, I. Baltog, N. Casañ-Pastor, P. Gomez-Romero Composite Science and Technology, 67, , ( 2007) Science Top 25 v) 3 lucrari au fost selectate si incluse ca lucrari de frontiera in Virtual Journal in Science & Technology; Nanoscience & Technology: Modification of surface-enhanced Raman scattering spectra of single-walled carbon nanotubes as function of nanotube film thickness. S.Lefrant, I.Baltog, M.Baibarac, J. Schreiber, O. Chauvet Phys.Rev.B,65, ,(2002) Coherent anti-stoke Raman Scattering on single-walled carbon nanotubes thin films excited through surface plasmons. I.Baltog, M.Baibarac, and S.Lefrant Phys Rev B,72,(24), ,(2005) Raman and FTIR spectroscopy as valuable tools for the characterization of polymer and carbon nanotube based composites. S. Lefrant, M. Baibarac and I. Baltog Journal of Materials Chemistry, 19, , (2009) vi)- Referent ad-hoc la : Journal of Raman Spectroscopy, Diamond and Related Materials, Synthetic Metals, Chemistry of Materials, Thin Solid Films, European Polymer Journal, Applied Spectroscopy, Journal of Applied Polymer Science, Optics Communication, Physica Status Solidi 5

6 vii)- Ca director al mai multor proiecte de cercetare castigate prin competitie in cadrul programelor nationale CERES,CEEX,IDEI-CNCSIS, IDEI-UEFISCDI, PN-II-Parteneriate am pledat si am actionat in mod constant pentru o modernizare intensiva a bazei materiale a colectivului de Optica din INCDFM. Dotarile facute in ultimii ani depasesc euros. In acest context am reusit achizitii unicat la nivel national. Dr.Ioan Baltog 6