Axa prioritară: 1 „Educaţia şi formarea profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere”

(1)

Axa prioritară: 1 „Educaţia şi formarea profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere”

Domeniul major de intervenţie: 1.5 „Programe doctorale şi postdoctorale în sprijinul cercetării”

Titlul proiectului: “Creşterea atractivităţii şi performanţei programelor de formare doctorală şi postdoctorală pentru cercetători în ştiinţe inginereşti - ATRACTING”

Cod Contract: POSDRU/159/1.5/S/137070

Beneficiar: Universitatea Politehnica Timişoara

FIŞA ATELIERULUI TEMATIC

Universitatea Transilvania din Brasov

TEMA ATELIERULUI:

Materiale magnetice avansate pentru reducerea consumului de energie si realizarea de senzori

Numele şi prenumele ETS AT, inclusiv gradul didactic:

1. ETS AT 1 Conf. Dr. CIZMAS Corneliu-Bazil 2. ETS AT 2 Conf. Dr. VOLMER Marius Facultate/Departament/Institut de care aparţin:

1. ETS AT 1 Facultatea de Inginerie Electrica si Stiinta Calculatoarelor/ Dep. de Inginerie Electrica si Fizica Aplicata (responsabil atelier)

2. ETS AT 2 Facultatea de Inginerie Electrica si Stiinta Calculatoarelor/ Dep. de Inginerie Electrica si Fizica Aplicata

Locul de desfăşurare a atelierului: Institut ICDT : Centrul de cercetare D07-SEA, sala seminar L4 şi Laborator masuratori magnetice L7-demisol ; Laborator CI 28 (Colina

Universităţii).

Încadrarea temei atelierului în domeniile prioritare ale proiectului (Energie, Tehnologiile Informaţiei si Comunicaţiilor, Mediu, Biotehnologii, Produse, procese şi materiale inovative sau domenii conexe acestora): … Produse, procese şi materiale inovative ...

Descrierea domeniul de interes vizat de atelierul tematic (max. 400 cuvinte):

Soluții importante și de actualitate pentru reducerea consumului de energie utilizând materiale magnetice sunt folosirea magneților permanenți ca surse de câmp magnetic în sistemele electrice și a materialelor cu efect magnetocaloric în sisteme de refrigerare magnetică la temperatura camerei. Refrigerarea magnetică reprezintă un concept nou și ecologic de

(2)

refrigerare pentru aplicații domestice și industriale ce utilizează ca agent refrigerant materiale în stare solidăƒ în locul sistemelor actuale bazate pe compresia unor gaze poluante CFC sau HCFC. Avantajul major ce face atractivă refrigerarea magnetică este coeficientul de performanţăƒ (COP), care a fost estimat la mai mult de 60% din COP Carnot, în comparație cu cel al unui compresor clasic care este mai mic de 40%, ceea ce înseamnăƒ o reducere importantă a consumului de energie electrică. Aceste performanțe sunt însă strâns legate de alegerea corespunzătoare a materialelor magnetice implicate conform cerințelor de performanță vizate şi a celor tehnologice de implementare la preţuri de cost acceptabile. În primele două prelegeri vor fi prezentate cunoștințe fundamentale privind proprietățile magnetice ale materialelor pentru magneți permanenți și magnetocalorice, tehnicile de caracterizare și caracteristicile principalelor clase de astfel de materiale.

Straturile subțiri și sistemele de tip multistrat magnetice au impulsionat ramura micro și nanotehnologiilor conducând la apariția unui nou domeniu -€ “ spintronica -€ “ prolific atât din punct de vedere al cercetării fundamentale și al fenomenelor descoperite precum efectul de magnetorezistență anizotropă (AMR), efectul de magnetorezistență gigantă (GMR), efectul de tunelare dependentă de spin (TMR a€ “ tunneling magnetoresistance), etc. dar mai ales prin aplicațiile dezvoltate precum memorii magnetice nevolatile (MRAM), senzori magnetici de mare sensibilitate, capete magnetice pentru unitățile de stocare de mare capacitate, biosenzori, etc.

Posibilitatea manipulării electronilor după spin a dus la descoperirea unor noi efecte precum Spin Hall Effect, Spin Sebeck Effect și dezvoltarea unei noi ramuri numită Spin Caloritronics cu implicații în realizarea de generatoare termoelectrice cu randamente superioare celor clasice. În cadrul prelegerii 3 vor fi descrise procedee moderne de obținere a acestor micro- nanostructuri magnetice și modul de integrare pe cip-ul de Si alături de alte componente, respectiv tehnicile de caracterizare structurală, magnetică și electrică. În prelegerea nr. 4 vor fi prezentate cele mai importante aplicații în domeniul senzoristicii utilizând acest tip de structuri.

Lucrările practice vor familiariza cursanții cu tehnicile moderne de caracterizare fizică a materialelor magnetice pentru magneți permanenți, a celor cu proprietăți magnetocalorice.

respectiv ale unor micro structuri și a performanțelor unor senzori realizați cu acestea.

Cunoştinţele pe care le poate dobândi participantul la atelier şi aplicabilitatea acestora (enumerare, fără explicaţii): cunostinte fundamentale privind proprietatile materialelor magnetice si domeniile de aplicabilitate; cunostinte generale privind caracteristicile materialelor magnetice dure si magnetocalorice; cunostinte generale in domeniul micro si nanotehnologiilor; cunostinte generale in domeniul spintronicii si aplicarea acestora in domeniul senzorilor de camp magnetic, in domeniul biodetectiei.

Deprinderile pe care le poate dobândi participantul la atelier ca urmare a activităţilor practice prevăzute: deprinderi de manevrare a unei instalatii criogenice, deprinderi de manipulare a unor probe de mici dimensiuni, deprinderi de lucru cu instalatii moderne de caracterizare magnetica si electrica, deprinderi de masurare a unor semnale electrice de nivel scazut, deprinderi de prelucrare avansata a datelor experimentale.

Atelierul tematic contribuie la formarea sau consolidarea următoarelor competenţe:

1. Identificarea adecvată a conceptelor teoretice şi a metodelor experimentale de bază din domeniul materialelor magnetice si senzoristicii;

2. Utilizarea cunoştinţelor de bază din domeniul materialelor magnetice pentru intelegerea şi interpretarea proprietatilor acestora;

3. Aplicarea cunostintelor de bază din domeniul materialelor magnetice, pentru proiectarea și exploatarea sistemelor de refrigerare magnetica si a celor cu senzori magnetic.

(3)

Aparatura specializată care se foloseşte în cadrul atelierului:

Nr.

crt.

Denumirea echipamentului^* (aparat, stand sau

instalaţie)

Firma producătoare

Anul

fabricaţiei Caracteristici principale Starea actuală a echipamentului

1

Sistem criogenic cu circuit inchis de He pentru masurarea proprietatilor magnetice, electrice si termice ale materialelor

Cryogenic Ltd, Marea Britanie 2011

Camp magnetic: 0-7T Domeniul de temperatura:

2K-320K pentru proprietati electrice si termice si 2K- 700K pentru proprietati magnetice

Funcţional

2

Boxa cu manusi cu purificator de gaz,

PureLab HE 2 Innovative Technologie, SUA

2011

Acces: 2 mănuși din butyl, anticameră mare

(dimensiuni: 390mm diametru - 600mm);

anticamera mica; atmosfera de lucru – argon, regenerare automată, Controlor logic programabil

Funcţional

3

Moara planetara de macinare cu bile de mare energie, Pulverisette 7 premium line

Fritsch GmbH, Germania 2008

2 statii de lucru; boluri de macinare de 45; Viteza de rotatie disc principal 100 - 1100 rpm; Raport de

transmisie = 1 : 2; accelerație centrifuga : 95 g,

Funcţional

4

Cuptor cu tub orizontal RS80/500/13

Nobertherm GmbH, Germania

2008

Temperatura maxima: 1300

°C; Vid controlabil ~10^-3 mbar; sistem de alimentare cu gaz protector (Ar,

N2);Cotrolul temperaturii in 3 zone cu un Controlor Logic Programabil (PLC) C290 cu 9 programe, 40 pasi/program si 2 functii suplimentare.

Funcţional

5 Nanovoltmetru 2182A Keithley 2007 2 canale, sensib. 1 nV, rezist.

intrare 10 GΩ, 7 ½ digits Funcţional 6 Sursă de current

programabilă 6221 Keithley 2008

DC/AC, 2 pA - 100 mA, 10¹⁴ Ω impedanță de ieșire, 1mHz to 100kHz

Funcţional 7

Sursă programabilă tensiune/curent 2635A

Keithley 2011

0 ± 200 Vdc rezol. 5µV to 5 mV, 0±1.5 AC/DC,rezol.: 20

fA/1 nA la 50 μA /1.5A; Funcţional 8 Gaussmetru digital

DSP 475 Lake Shore 2010

35 mG – 350 kG, rezoluție 0,02 mG, controler PID pentru surse de putere ridicată

Funcţional

9 Sursă de putere BOP

100-10MG Kepco inc. 2010

+,-100V/10A, 4 cadrane, forme de undă arbitrare sau predefinte

Funcţional

* Echipamentele didactice nu se consideră echipament de cercetare

(4)

Programul AT (4 zile a câte 8 ore):

(exemplu) Interval

orar Conţinutul activităţii ETS AT care

efectuează activitatea^**

ZIUA 1

8-8.50 Înregistrarea participanţilor, prezentarea tematicii atelierului, înmânarea documentaţiei de lucru

ETS AT 1 ETS AT 2 9-10.50 Prelegerea tema 1: Fundamente teoretice si aspecte experimentale privind

aplicatiile materialelor feromagnetice in tehnologiile avansate ETS AT 1 11-12 Vizitarea laboratorului în care se desfăşoară activităţile AT ETS AT 1 16-20 Lucrarea experimentală 1: prezentarea lucrării, determinări practice

efectuate de doctoranzi, discuţii, prelucrarea datelor experimentale, interpretarea rezultatelor

ETS AT 1

ZIUA 2

8-9.50 Prelegerea tema 2: Aplicatii ale efectului magnetocaloric si ale materialelor

magnetice in refrigerarea magnetica ETS AT 1

10 -12 Prezentarea facilităţilor de cercetare ale institutului (ex. ICER)/centrului de

cercetare ETS AT 1

16-20

Lucrarea experimentală 1: prezentarea lucrării, determinări practice efectuate de doctoranzi, discuţii, prelucrarea datelor experimentale, interpretarea rezultatelor

ETS AT 1

ZIUA 3

8-9.50 Prelegere tema 3: Micro si nanostructuri magnetice: tehnici de microfabricatie si caracterizare

ETS AT 2 10 -12 Prezentarea facilităţilor de cercetare (localizare Institut L4, L7): softuri de

simulare micromagnetica (freeware), metode experimentale specifice. ETS AT 2

16-20

Lucrarea experimentală 3 (Studiul proprietatilor magnetice si electrice pentru o microstructura magnetica): prezentarea lucrării, determinări practice efectuate de doctoranzi, discuţii, prelucrarea datelor

experimentale, interpretarea rezultatelor

ETS AT 2

ZIUA 4

8-9.50 Prelegere tema 3: Microstructuri magnetice: aplicatii in senzoristica, stocarea datelor si management avansat al energiei.

ETS AT 2

10 -14

Lucrarea experimentală 4 (Caracteristici de camp si unghiulare ale unui micronsenzor bazat pe efectul Hall Planar): prezentarea lucrării,

determinări practice efectuate impreuna cu doctoranzii, discuţii, prelucrarea datelor experimentale, interpretarea rezultatelor.

ETS AT 2

16-17.50 Elaborarea raportului colectiv al doctoranzilor, discuţii finale ETS AT 1 ETS AT 2

** Fiecare ETS AT va efectua 16 ore/atelier

Data: ETS AT 1………. (semnătura) ETS AT 2………. (semnătura)