Coordonator proiect: Universitatea din Bucuresti prin Facultatea de Fizica, Centrul de Cercetare 3NANO-SAE

Universitatea din Bucureşti, cea mai mare şi prestigioasă instituţie academică, are peste 140 de ani de experienţă şi expertiză în educaţie şi în cercetare, recent primind titlul de “Universitatea cu activitate de cercetare cea mai intensă”. În 2007, un sondaj al revistei “The times Higher Education Supplement” a plasat Universitatea din Bucureşti în top 500 cele mai prestigioase universităţi. Organizată în Facultăţi şi Departamente, îşi desfăşoară activităţile pe trei programe de studii, programe de Master (117) şi 21 de şcoli doctorale cu 300 de supraveghetori şi 3000 de doctoranzi. Centrul de Cercetare-Dezvoltare 3Nano-SAE, situat în Facultatea de Fizică, department cu activităţi de cercetare în biosenzori, nanoelectronica, tehnologia pilelor de combustie, sisteme de hidrogen, sisteme de energie hibride, coordonator al Şcolii Doctorale şi a Şcolii Postdoctorale Pile de Combustie şi Stocare de Hidrogen . Infrastructura este alcatuită din laboratoare: testarea de pile de combustie, generarea şi stocarea de hidrogen, pile de biocombustie, ingineria sistemelor de energie hibride, caracterizarea de materiale (Charm), Chimia Plasmei, Fotorezisti, şi tehnologia printării polimerilor (PCPT), chimie avansată de sinteză şi depunere a polimerilor (APSC). Exista facilităţi extinse şi unice în campusul din cadrul Facultăţii de Fizică necesare pentru a îndeplini sarcinile de cercetare propuse acoperind metode de sinteză, procesare, şi caracterizare de materiale cum ar fi semiconductori, polimeri, nanocompozite. Interesele de cercetare includ nanomateriale conveţionale şi inovatoare, structuri şi dispozitive necesare în proiectarea de pile de combustie, senzori (chimici, electrochimici) care acoperă tehnici şi metode de polimerizare în plasmă, polimerizare electrochimică, fluide supercritice, sol-gel, materializate într-o mare listă de proiecte/colaborări: 9 proiecte internaţionale şi 35 de proiecte naţionale.

Director de proiect: Dr. Fiz. Adriana Balan

Obiectivul general al proiectului este de a dezvolta un nou concept de buffer termic pe bază de materiale inteligente, i.e. composite grafene-material organic cu schimbare de faza, impregnate in spuma metalica pentru control termic pasiv al electronicelor, conform conditiilor impuse de operarea in spatiu.

Obiectivele specifice ale proiectului sunt:

O1. Dezvoltarea materialului composit grafene-material organic cu schimbare de faza cu o conductivitate termica de cel putin 20W/mK.

O2. Dezvoltare unui model experimental de buffer termic pe bază composite grafene-material organic cu schimbare de faza, impregnate in spuma metalica cu capacitate crescuta de transfer termic si conductivitate termica ridicata.

O3. Testarea modelului experimental de buffer termic pe bază composite grafene-material organic cu schimbare de faza.

O4. Dezvoltarea capacitatilor institutionale si a resursei umane pentru cercetare aplicativa si dezvoltarea de tehnologii inovative in Romania in domeniul materialelor pentru aplicatii spatiale.

Etapa I Definire cerinte material cu schimbare de faza (PCM) (data de finalizare 31.12.2017)

Activitate I.1. Selectarea materialului PCM

Activitate I.2. Prepare material compozit grafene- PCM organic

Activitate I.3. Caracterizare material compozit grafene- PCM organic

Etapa II. Design si realizare model experimental heat buffer/sink (data de finalizare 31.12.2018)

Activitate II.1. Optimizarea procesului de prepare a materialului compozit grafene-PCM organic

Activitate II.2. Selectarea tipului de spuma metalica

Activitate II.3. Impregnarea  materialului compozit grafene-PCM organic in spuma metalica

Activitate II.4. Inchidere/sigilare spuma metalica impregnata

Activitate II.5. Evaluare spuma metalica impregnata

Activitate II.6. Testare model experimental heat buffer/sink

Etapa III. Testare si validare model experimental heat buffer/sink (data de finalizare 19.07.2019)

Activitate III.1. Simulare comportament termic heat buffer/sink

Activitate III.2. Validare model experimental heat buffer/sink in conditii relevante

1. Materiale inteligente pentru managementul termic: PCM organice îmbunătățite cu grafene. PCM-urile organice au în mod obișnuit o conductivitate termică scăzută în intervalul cuprins între 0,1 și 1 W / mK. Practic aceasta este problema principală atunci când este proiectat un dispozitiv de stocare a căldurii. Soluția comună este de a plasa un strat subțire de PCM în contact cu o foaie mare de metal pentru a obține o conductivitate termică ridicată. În cadrul proiectului, au fost obținute materiale compozite parafina-grafene in proporții diferite cu o conductivitate termică îmbunătățită față de materialul de bază. Materialele au fost obținute prin amestecare sub acțiunea unui ultramixer (proces de forfecare la 5000rpm) la temperatura de 90^oC, și caracterizate apoi atât din punct de vedere structural, cât si al proprietăților relevante pentru aplicația vizată.
2. Dispozitiv heat buffer/sink bazat pe PCM organic îmbunătățit cu grafene impregnat în spumă metalică pentru gestionarea termică în electronică, capabil de o disipare rapidă a căldurii. Un pas important este proiectarea dispozitivului de stocare a căldurii în conformitate cu condițiile sale de funcționare. Aceasta necesită o bună conductivitate termică, o densitate scăzută, o suprafață de contact ridicată între metal și PCM etc. În plus, trebuie avute în vedere diferențele de densitate a materialului PCM între fază lichidă și solidă. Sistemul trebuie să fie etanșat pentru a preveni orice scurgere de PCM în timpul funcționării în condiții de vid înalt. A fost obținut un dispozitiv care funcționează bine ca disipator/stocator de căldură. Studiile trebuie, însă, continuate în privința etanșeității, problema neputând fi rezolvată până la capăt. Variațiile foarte mari de viscozitate, densitate și tensiune superficială cu temperatura în cazul parafinei și al materialelor derivate fac să apară fluctuații mari de presiune în interiorul dispozitivului, ceea ce duce în final la scurgeri.
3. Metodologia de testare – în mediul relevant – pentru subsistemele de control termic pentru aplicațiile spațiale. Au fost stabilite protocoale de testare relevante pentru aplicația vizată și resursa umană formată în vederea efectuării testelor respective.

Listă publicații

1. F. R. Saeed, M. H. A.-A. Al-timimi, W. H. A. Al-Banda, M. Z. Abdullah, I. Stamatin, S. Voinea, B. Dobrica, A. E. Balan, Thermal properties of paraffin/ nano-magnetite-trevorite phase change materials, Journal of Ovonic Research, Vol. 14, No. 5, September – October 2018, p. 371 – 379

 Listă brevete

1. Cerere de brevet înregistrată- Stamatin Ioan, Farqad Rasheed Saeed Saeed, Balan Adriana Elena, Nichita Cornelia, Stamatin Șerban Nicolae, Ceaus Cătălin, Compozite pe bază de alcani cu conținut de grafene multistrat pentru stocarea energiei termice și procedeu de obținere a acestora, cerere inregistrata A/00432/14.05.2018,

 Listă participări conferințe

1. Prezentare orala- Farqad Saeed, Widad Albanda, Muhammad Al-Timimi, Mustafa Zaid Abdullah, Ioan Stamatin, Adriana Balan, Thermal Performance Of (Ni) Nanoparticles-Enhanced Paraffin As Phase-Change Material, Sesiunea de Comunicării Știintifice a Facultății de Fizică, Universitatea din București, Măgurele, iunie 2018.
2. Prezentare orala- Adriana BALAN, Catalin CEAUS, Ioan STAMATIN, Paraffin- Graphene composites for latent heat storage, Sesiunea de Comunicării Știintifice a Facultății de Fizică, Universitatea din București, Măgurele, iunie 2019.
3. Prezentare orala- Catalin CEAUS, Serban STAMATIN, Adriana BALAN, Iuliana MAXIM, Cornelia DIAC, Production of high quality few-layers graphenes by high-shear mixing in liquids, Sesiunea de Comunicării Știintifice a Facultății de Fizică, Universitatea din București, Măgurele, iunie 2019.
4. Prezentare orala- Andrea LORINCZI, Adriana BALAN, Thermogravimetric analysis of carbon materials, Sesiunea de Comunicării Știintifice a Facultății de Fizică, Universitatea din București, Măgurele, iunie 2019.