1

Planul Naţional de Cercetare – Dezvoltare 2007 - 2013

Programul INOVARE

Evaluarea proiectului nr. 280/2008-2010Pagina web a proiectului: http://www.ipacv.ro/opticdlc

  TIBB, 06 – 09 octombrie 2010

AGENTIA MANAGERIALĂ DE CERCETARE STIINŢIFICĂ, INOVARE SI TRANSFER TEHNOLOGIC – Politehnica

2

TITLUL PROIECTULUITehnologie pentru depunere antireflex si “Protective Diamond

Like Carbon” DLC pe elemente optice

Agentul economic coordonator

SC OPTICOAT SRl,  http://www.opticoat.ro/index.htm

Partenerii care elaborează proiectul Partener 1 - INFLPR (Institutul National pentru Fizica

Laserilor, Plasmei si Radiatiilor ), http://www.inflpr.ro/;  http://eppa.inflpr.ro

Partener 2 - IPA CIFATT Craiova, http://www.ipacv.ro/

Numele și apartenența directorului de proiect

Ec Florentina CARSTOIU, SC OPTICOAT SRL

AGENTIA MANAGERIALĂ DE CERCETARE STIINŢIFICĂ, INOVARE SI TRANSFER TEHNOLOGIC – Politehnica

3

DESCRIEREA PRODUSULUI, TEHNOLOGIEI SAU SERVICIULUI

Caracteristici tehnice:Tehnologia folosită pentru depunerea de straturi

antireflex şi protective va asigura realizarea filmelor de carbon cu legături diamantifere (Diamond Like Carbon, DLC) cu urmatoarele caracteristici:

Reflexia: mai mică de 40%, în domeniul 2-25 μm; Duritatea 40+/-5 GPa; Indice de refracţie1,9 - 2,9; Concentraţia legăturilor sp3: mai mare de 60%; Viteza de depunere: 0.1-5 nm/sec; Grosimea filmelor: 10 - 200 nm

Proiectul îşi propune dezvoltarea tehnologiei bazate pe metoda arcului termoionic în vid (TVA) pentru a fi implementată la societatea comercială OPTICOAT SRL.

AGENTIA MANAGERIALĂ DE CERCETARE STIINŢIFICĂ, INOVARE SI TRANSFER TEHNOLOGIC – Politehnica

4

AGENTIA MANAGERIALĂ DE CERCETARE STIINŢIFICĂ, INOVARE SI TRANSFER TEHNOLOGIC – Politehnica

ELEMENTELE INOVATIVE ALE PROIECTULUI

Gradul de noutate

Noutatea absolută constă în metoda folosită pentru realizarea filmelor antireflex protective: depunerile se fac în vid înalt, în absenţa gazelor utilizate la toate celelalte metode de obţinere a filmelor subţiri.

Depunerile se fac în condiţiile în care stratul în formare este bombardat cu ioni de carbon (de aceeaşi natură ca şi materialul depus) care au energii reglabile în domeniul 100-2000 eV ceea ce asigură o compoziţie a stratului majoritară în legături diamantifere de tip sp3, aderenţa crescută la substrat şi o compactitate mare a stratului depus, care depăşeşte realizările obţinute folosind celelalte metode de depunere cunoscute pe plan naţional sau internaţional.

5

AGENTIA MANAGERIALĂ DE CERCETARE STIINŢIFICĂ, INOVARE SI TRANSFER TEHNOLOGIC – Politehnica

0 50 100 150 200 900 1000

0.13

0.14

0.15

0.16

0.17

0.18

0.19

Abs

orbt

ion

coef

ficie

nt, a

.u.

Negative bias (V)

0 50 100 150 200 900 1000

2.40

2.45

2.50

2.55

2.60

2.65

2.70

2.75

refr

activ

e in

dex,

n

0 10 20 30 40 50 60

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Er= Young elastic modulus

H = nanohardness

Haverage

= 41.9 GPa Er

average = 625 GPa

H = 43.1 GPa, Er = 635 GPa H = 38.5 GPa, Er = 590 GPa H = 44.2 GPa, Er = 654 GPa

Loa

d, m

N

Dsisplacement, nm

Caracteristicile filmelor obtinute

0 5 10 15 20 25

6.4

7.2

8.0

8.8

9.6

10.4

11.2

12.0

12.8

13.6

14.4

15.2

16.0

16.8

17.6

18.4

19.2

DLC films coated on germanium windows

Tra

nsm

issi

on

, %

Wavelength, m

DLC film 200 nm DLC film 150 nm DLC film 110 nm

Indicele de refractie in functie de tensiunea bias

Duritatea filmelor DLC depuse

pe ferestre de Ge

Transmisia filmelor DLC depuse

pe ferestre de Ge

6

AGENTIA MANAGERIALĂ DE CERCETARE STIINŢIFICĂ, INOVARE SI TRANSFER TEHNOLOGIC – Politehnica

PROTECŢIA INTELECTUALĂ A ACTIVITĂŢII DE INOVARE

Titlu brevet: Strat antireflex dur din carbon cu legaturi tip diamantifer (DLC - Diamond-Like Carbon) obtinut prin metoda arcului termoionic in vid (TVA)

Autori: Lungu Petrica Cristian, Mustata Ion, Zaroschi Valer Nicolae, Sobetkii Arcadie Cirstoiu Florentina, Vlăduţ Gabriel Cătălin, Matei Virginia

Beneficiar: SC OPTICOAT SRLREZUMAT: Inventia de fata se refera la un strat antireflex dur din carbon cu legaturi tip

diamantifer (DLC – diamond-like carbon) obtinut prin metoda arcului termoionic in vid (TVA) pentru aplicarea pe elemente optice (de exemplu pe ferestre sau lentile din germaniu sau siliciu), caracterizat prin aceea ca este format dintr-un film de carbon de grosimi 2-100 nm cu legaturi sp3, sp2, sp1, in care concentratia legaturilor sp3 este mai mare decat 60%, indicele de refractie este in domeniul 2.4-2.7, coeficientul de absorbtie a luminii este in domeniul 0.13 - 0.19, iar duritatea este in domeniul 40+/- 5 GPa.

Procedeul de preparare este bazat pe arcul termoionic in vid, utilizand substante pure (grafit) fara utilizarea niciunui gaz pentru amorsarea plasmei.

Modul de protejare a proprietatii intelectuale În scopul protejării drepturilor intelectuale a fost depusă la OSIM o cerere de

brevet de invenţie cu nr. A/00951/20.11.2009: Strat antireflex dur din carbon cu legături tip diamantifer (DLC- Diamond-Like Carbon) obţinut prin metoda arcului termoionic în vid (TVA).

7

NIVELUL DE COMPETITIVITATE A REZULTATELOR PROIECTULUI

• La nivel european, conform publicaţiilor în reviste de specialitate se constată că acoperirile de ordinul a 60 nanometri cu viteza de depunere de ordinul a 0,2 - 0,3 nm/sec conduc la o eficienţă maximă de transformare a energiei solare în energie electrică, plecând de la 3,7% fără acoperire DLC până la 5,4% în cazul acoperirii cu un strat DLC cu grosimea cuprinsă între 40 şi 54 nm.

• Metoda propusă în cadrul prezentului proiect conduce la realizarea de depuneri DLC amorfe (a-D) nehidrogenate ce conţin legături sp3 caracteristice diamantului în proporţii ce depăşesc 50%.

• Vitezele de depunere caracteristice obţinute prin metoda propusă sunt de ordinul a 0.1-5 nm/sec. Deoarece se vor folosi catozi din wolfram şi curenţi de descărcare relativ mici, pulverizarea prin bombardament cu ioni este mult mai mică decât în celelalte tehnologii şi nu va impurifica depunerea.

• Materialul de depunere se evapora datorită bombardamentului cu electroni şi nu cu ioni precum în cazul pulverizărilor obişnuite, ceea ce coroborat cu înalta energie existentă în plasmă, duce la evitarea formarii de aglomerări atomice (clusteri) care să înrăutăţească calitatea depunerilor.

AGENTIA MANAGERIALĂ DE CERCETARE STIINŢIFICĂ, INOVARE SI TRANSFER TEHNOLOGIC – Politehnica

8

EFECTELE ECONOMICE ALE PROIECTULUI

la producator:

creşterea competitivităţii producatorului din punct de vedere economic; ştiinţific,

se vor angaja noi specialişti atât în cercetare cât şi în secţia de producţie, va creşte implicarea unităţii în rezolvarea problemelor regionale. (Diverşi clienţi

ai produselor fabricate în mod curent de SC OPTICOAT SRL pentru piaţa externă, au solicitat acoperirea elementelor optice fabricate în mod curent cu filme AR şi protective pe baza de acoperiri DLC)

Având în vedere studiile de piaţă, cerinţele acesteia arată că durata de recuperare a finanţării şi cofinanţării investiţiei de CDI va fi de 4-5 ani de la finalizarea proiectului. Această rată precizată de recuperare nu ţine cont de eventuale noi comenzi ce pot apare după diseminarea rezultatelor.

De la un număr de 200 bucăţi anual al produselor solicitate de clienţii actuali cu acest tip de acoperire s-a estimat cu aceştia o mărire anuală a comenzilor cu 20-30%, precum şi introducerea de noi tipuri de produse (lentile sau ferestre optice) care să solicite o astfel de tehnologie.

AGENTIA MANAGERIALĂ DE CERCETARE STIINŢIFICĂ, INOVARE SI TRANSFER TEHNOLOGIC – Politehnica

Dacă în prezent pe un suport lentilă, o acoperire AR simplu are preţ de vânzare în medie de 20-100 euro (în funcţie de substrat şi numărul de straturi din tehnologie), prin schimbarea la cerinţa clientului cu acoperiri DLC piesa poate ajunge la pretul de 200-400 euro, la aproape aceleaşi costuri de producţie (±10-20%), obţinându-se astfel o creştere a productivităţii în medie cu 200 % şi îndeosebi reducerea cantităţii de energie, materiale, timp consumat datorită eficacităţii noii metode. Se estimează mărirea nivelului de calificare a personalului existent prin implementarea noilor tehnici şi instrumente şi crearea de aproximativ 15 locuri noi de muncă, reducerea consumului energetic specific, reducerea costurilor mentenanţei, reducerea impactului asupra mediului prin utilizarea acestei metode.

la partenerii proiectului:

Rezultatele proiectului sunt promovate in cadrul poiectelor de cercetare in derulare si in cadrul contractelor economice cu parteneri interni sau externi (De ex. la INFLPR: contracte economice cu Universitatea Ovidius, Constanta, contracte economice cu Firma finlandeza Heikki Sipila Oy, Institutul de Fizica Plasmei, Gaching, Germania)

AGENTIA MANAGERIALĂ DE CERCETARE STIINŢIFICĂ, INOVARE SI TRANSFER TEHNOLOGIC – Politehnica

9

10

AGENTIA MANAGERIALĂ DE CERCETARE STIINŢIFICĂ, INOVARE SI TRANSFER TEHNOLOGIC – Politehnica

•Piaţa de desfacere pentru produse ce utilizează această tehnologie este extrem de mare şi avidă datorită impunerilor prevazute de legislaţia UE. •După introducerea în fabricaţie a tehnologiei dezvoltate prin prezentul proiect, şi utilizarea produselor la agenţi economici interni potentiali (S.C. ROMES S.A., S.C. SITEX 45 SRL, S.C. ROM-QUARTZ S.A, OPTOTECH SRL, TELEMEDICA SA–R&D, SC OPTOELECTRONICA- 2001SA) şi potenţiali utilizatori externi (Heikki Sipila Oy, DIARC-Technology Oy, Finlanda) se va asigura creşterea competitivităţii economice şi ştiinţifice a acestora, va creşte implicarea în solicitarea de noi produse care vor avea ca efect creşterea profitului şi reducerea impactului asupra mediului prin utilizarea de tehnologii curate.•Se estimează mărirea duratei de exploatare a elementelor optice cu minim 200%, micşorarea costurilor de exploatare cu până la 50%, precum şi reducerea impactului asupra mediului prin folosirea materialelor nepoluante (filme carbonice) şi mărirea duratei de viaţă a produselor. •Beneficiari mai pot fi: producătorii de dispozitive de citire a codurilor de bare, de oglinzi optice cu transparenţă în infraroşu, cei ce produc celule fotovoltaice sau dispozitive care transformă energia solară în energie calorică. S-a stabilit ca obiectiv şi obţinerea de rezultate ştiinţifice în domeniul de cercetare al sistemelor optice şi mecatronice avansate .

Efecte la utilizatori:

11

CONCLUZII ASUPRA CONTRIBUȚIEI PROIECTULUI LA CREȘTEREA COMPETITIVITĂȚII AGENTULUI

ECONOMIC

Prin implementarea tehnologiei de realizare a acoperirilor antireflective, dure agentul economic, SC OPTICOAT SRL va putea accepta comenzi de la beneficiari care nu accepta decat componente optice acoperite cu filme dure, antireflex pe baza de straturi DLC

Per total, societatea beneficiară estimează ca minimum 10 %

creşterea anuală a profitului după implementarea noii tehnologii, în primii 5 ani, prin realizarea de piese optice acoperite cu straturi DLC cu aplicaţii în comunicaţii, aparatura medicală sau de control.

AGENTIA MANAGERIALĂ DE CERCETARE STIINŢIFICĂ, INOVARE SI TRANSFER TEHNOLOGIC – Politehnica

Diseminari

Cristian P. LUNGU, Ion MUSTATA, Alexandu ANGHEL Corneliu POROSNICU, Ionut JEPU, Catalin TICOS Ana M. LUNGU, Mihai GANCIU, Arcadie SOBETKII Gheorghe HONCIUC and Patrick CHAPON Preparation and Characterization of Multifunctional, Frontier of Applied Plasma Technology (Edited by Osaka University, Japan), Vol.2 July 2009, pp1-6.

Cristian P. Lungu, Ion Mustata, Alexandu Anghel, Corneliu Porosnicu, Ionut Jepu, Catalin Ticos Ana M. Lungu, Mihai Ganciu, Arcadie Sobetkii, Gheorghe Honciuc and Patrick Chapon, The Second International Workshop on Plasma Application and Hybrid Functionally Materials, The16th Annual Meeting of Institute of Applied Plasma Science, March 6 - 7, 2009, Kobe, Japan

C.P.Lungu, Achievements and perspectives in nanomaterials and nanotechnologies, "10 years of nanoscience and nanotechnology in Romania. What next?", 3rd of February, 2010: (workshop at the Romanian Academy)

P. C. Lungu, I. Jepu, I. Mustata, V. Kuncser, V. Ionescu, V. Ciupina, M. Osiac, G.E. Iacobescu, „Filme nanostructurate functionale obtinute prin metoda arcului termoionic in vid”, A 9-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie,16 martie 2010, Bucuresti, Academia Romana.

C. P. Lungu, A. M. Lungu, I. Jepu, I. Mustata, V. Damian, M. Bojan, I.Iordache, C.Grigorescu, A. Sobetkii, Characterization of Nanostructured Antireflexion DLC Thin Films Prepared by TVA method, EMRS 2010, Strasbourg, 5-9 June 2010

C. P. Lungu, C. Porosnicu, A. Anghel, I. Jepu, A. M. Lungu, P. Chiru, I. Mustata, V. Zaroschi, S. Arcadie, Hard antireflexive diamond like carbon coatings prepared by TVA method, The 15th Conference on Plasma Physics and Applications (CPPA2010) July 1-4, 2010, Iasi, Romania

C. P. Lungu, C. E. A. Grigorescu, I. Jepu, C. Porosnicu, A. M. Lungu, O. Brinza, I. D. Feraru, Nanodiamond crystallites embedded in carbon films prepared by thermionic vacuum arc method, 21st European Conference on Diamond, Diamond- Like Materials, Carbon Nanotubes, and Nitrides, 5-9 September 2010, Budapest, Hungary

Participare la Targul International HANOVRA 2010: Technology for antireflective and protective coatings „Diamond Like Carbon” (DLC) on optical elements, tehnologie prezentata la targul international “Hannover Messe 2010”, 19-23 aprilie 2010 de Cerc st. Ionut Jepu.