Denumirea programului-Nucleu: Magnetism, Materiale Magnetice și Aplicatii

Acronim program-Nucleu: 3MAP

Cod program-Nucleu: PN 18 06

Contractor: Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică Tehnică - IFT Iași

Valoare contract: 5.140.638 RON

Durata programului: 9 luni

Data începerii: 16.03.2018

Scopul programului:
Programul-nucleu 3MAP continuă programul-nucleu derulat în perioada 2016-2017, având ca scop principal dezvoltarea în cadrul INCDFT–IFT Iași a unor noi activități de cercetare fundamentală și aplicativă de vârf în domeniul magnetismului, materialelor magnetice şi aplicațiilor acestora. Cercetările propuse vor conduce la implementarea unor noi tehnici de caracterizare a nanomaterialelor şi materialelor nanostructurate, la dezvoltarea de noi nanotehnologii aplicabile nu numai materialelor magnetice dar şi altor tipuri de materiale, fapt care deschide o nouă arie de activităţi multi şi interdisciplinare cu importante colaborări în diferite domenii ale ştiinţei şi tehnicii. Rezultatele obţinute din derularea activităţilor de cercetare din cadrul acestui program vor permite identificarea şi abordarea unor noi direcţii de cercetare în vederea aplicării cu propuneri de proiecte noi în programul PN III, în programul ORIZONT 2020 al Uniunii Europene, în alte programe internaţionale.

Obiectiv General:
Fizica Proceselor și Materialelor Magnetice

Proiecte componente:
Activităţile de cercetare (fundamentală și/sau aplicativă) au fost/sunt dezvoltate ȋn cadrul a 2 proiecte componente, care cuprind 9 faze de execuţie finalizate, alte 5 faze fiind în derulare și urmând a se finaliza în 10 decembrie 2018, după cum urmează:

PN 18 06 01 01 – Materiale magnetice avansate cu structuri controlate pentru aplicații în inginerie și medicină

1. Extinderea capacității/rezoluției de mapare EDS în SEM prin utilizarea unei noi metode de analiză/mapare SEM-EDS pe probe cu grosimi micrometrice, în scopul creşterii clarităţii şi îmbunătăţirii rezoluţiei de mapare EDS-SEM pe lamele subţiri prelucrate cu FIB. – Finalizat
2. Studiul evoluției microstructurii în materiale nanocristaline pe bază de Fe, cu magnetostricțiune nulă și substituții de Co, prin tehnici avansate de microscopie electronică prin transmisie de rezoluție ultraînaltă combinate cu alte măsurători structurale și magnetice. – Finalizat
3. Obținerea de particule magnetice cu forme, dimensiuni și compoziții controlate pentru distrugerea prin efecte magnetomecanice a celulelor canceroase, prin elaborarea unei noi tehnologii de preparare de particule magnetice cu magnetizație de saturaţie mare, pierderi de energie reduse şi temperaturi Curie de valori mici. Proiectarea şi realizarea unui nou sistem de bobine pentru crearea unui câmp magnetic variabil pentru teste de distrugere a celulelor tumorale prin efect magnetomecanic, atât in vitro, cât şi in vivo. – Finalizat
4. Studiul proceselor de magnetizare din nanofire cilindrice prin metode numerice. Crearea unui model fenomenologic nou pentru explicarea inversării magnetizării în cazul nanofirelor cu pereţi de domenii magnetice, preexistenţi. – Finalizat
5. Realizarea de magneți permanenți cu produs energetic mare de tip Misch Metal (MM)-Fe-B cu fază granulară nemagnetică. Prin controlul conţinutului de MM a fost obţinut un nou tip de magnet permanent, cu un produs energetic de 13,63 MGOe, valoare situată între cea a feritelor şi cea a magneţilor permanenţi pe bază de Nd-Fe-B. – Finalizat
6. Optimizarea tehnologiei de preparare prin răcire rapidă din topitură de materiale feromagnetice cu proprietăți superelastice superioare și dimensiuni micrometrice pentru aplicații ca fire de ghidaj în microchirurgie. A fost realizat, prin răcire rapidă din topitură urmată de trefilare la rece, un material multifuncţional inovativ cu compoziţia FeNiCoAl(Ta/B) și sub formă de microfire. – Finalizat
7. Realizarea de materiale compozite de tip nanotuburi din carbon cu pereți multipli și nanopulberi magnetic moi, pentru aplicații în ecranarea selectivă a radiațiilor electromagnetice, cu rezistență mecanică superioară și rezistență la coroziune crescută, compus din nanotuburi de carbon cu un raport lungime/diametru de ordinul 105 și nanopulberi magnetice moi. – În derulare
8. Studiul diferențierii direcționate a celulelor stem prin efect static și dinamic al nanoparticulelor magnetice. Este în curs de dezvoltare o metodă nouă pentru diferențierea controlată a celulelor stem prin intermediul nanoparticulelor și câmpurilor magnetice, cu potențial de aplicare în strategii de inginerie tisulară pentru țesuturi mecano-senzitive (os, cartilaj, tendon). – În derulare
9. Realizarea de noi particule magnetice prin controlul/manipularea formei particulelor și a orientării magnetizației pentru obținerea unor noi fluide magnetoreologice. Se încearcă obținerea unui fluid magnetoreologic nou, cu proprietăți reologice îmbunătățite (vâscozitate mare în câmp magnetic și rezistență superioară la compresie) comparativ cu fluidele existente, pe bază de particule magnetice noi cu formă controlată. – În derulare
10. Dezvoltarea unei metode avansate de mapare SEM-EDS pe lamele cu grosimi de zeci de nanometri și compararea rezultatelor cu analiza EDS realizată prin microscopia electronică prin transmisie. – În derulare

PN 18 06 01 02 - Dezvoltarea de metode fizice și tehnici constructive în vederea realizării unor noi senzori electromagnetici în structuri neconvenționale pentru investigarea neinvazivă a materialelor cu valoare adăugată.

1. Determinarea distribuției spațiale a câmpului generat de elemente constitutive dintr-o structură neconvențională multistrat prin dezvoltarea de modele fizice axate pe studiul distribuţiei spaţiale a câmpului generat de elemente constitutive (EC) şi al focalizării undelor magneto-inductive cu metamateriale (MM) cu topologie recurentă. Elaborarea şi dezvoltarea unei metode noi de optimizare a topologiei pentru proiectarea de microstructuri multistrat. – Finalizat
2. Stabilirea stratului de ordin j dintr-o structură neconvențională multistrat prin elaborarea unui cod numeric de calcul pentru stabilirea modelului fizic al stratului „j” din structura multistrat, utilizând un algoritm de divizare a operatorului aditiv pentru procesarea imaginii. – Finalizat
3. Calculul parametrilor S din structura neconvenţională multistrat optimizată prin elaborarea unui model fizic de calcul a parametrilor S pentru CU. S-a dezvoltat un modelul fizic pentru ECs din structura neconvenţională multistrat și au fost obținute relaţiile de calcul a parametrilor S pentru structura topologică din EC. – Finalizat
4. Calculul frecvenței de rezonanță din gama de frecvențe prestabilită prin modelare și elaborarea unei baze de date cu date artificiale care va fi utilizată pentru validarea structurii constructive a senzorului pe bază de metamateriale. – În derulare

Rezultate estimate:

• 12 articole științifice publicate/trimise spre publicare;
• 2 cereri de brevet de invenţie (1 național și 1 internațional);
• 12 lucrǎri științifice comunicate/acceptate pentru comunicare la manifestǎri științifice internaționale;
• 10 metode/tehnologii/studii, din care 4 metode experimentale, 1 metodă numerică, 1 tehnologie, 4 studii;
• 4 modele fizice/fenomenologice, din care 3 modele fizice, 1 model fenomenologic;
• 1 cod numeric;
• 1 bază de date;
• 5 tipuri noi de materiale/produse, din care 4 tipuri de materiale noi, 1 sistem de câmpuri magnetice rotitoare pentru terapia cancerului.

Rezultate obținute:

• 14 articole științifice publicate/trimise spre publicare (9 în reviste ISI și 5 în alte reviste BDI) și 4 în stagiu final de redactare;
• 2 cereri de brevet de invenţie (1 național și 1 internațional);
• 16 lucrǎri științifice comunicate la manifestǎri științifice naționale și internaționale;
• 10 metode/tehnologii/studii, din care 4 metode experimentale, 1 metodă numerică, 1 tehnologie, 4 studii;
• 4 modele fizice/fenomenologice, din care 3 modele fizice, 1 model fenomenologic;
• 1 cod numeric;
• 1 bază de date;
• 5 tipuri noi de materiale/produse, din care 4 tipuri de materiale noi, 1 sistem de câmpuri magnetice rotitoare pentru terapia cancerului.

Livrări de materiale / servicii:

• 4 tipuri de materiale magnetice amorfe şi nanocristaline sub formă de benzi, fire convenţionale, microfire acoperite cu sticlă şi nanofire, cu diferite compoziții și dimensiuni/diametre, livrate în ţară şi străinătate;
• 4 tipuri de servicii (măsurători magnetice și analize complexe compoziţionale, morfologice şi structurale prin XRD, HR-SEM și UHR-TEM) realizate pentru beneficiari din țară.

O parte dintre activităţile de cercetare dezvoltate în cadrul programului-nucleu 3MAP constituie tematici pentru cel puţin 3 teze de doctorat dezvoltate în institut.

Articole științifice publicate:

1. Human adipose-derived stem cells loaded with drug-coated magnetic nanoparticles for in-vitro tumor cells targeting
   Herea D.D.; Labusca L.; Radu E.; Chiriac H.; Grigoras M.; Dragos Panzaru O.; Lupu N.
   MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING C Volume: 94, Pages: 666-676, JAN 1 2019, Available online: OCT 5 2018
2. Fe-Cr-Nb-B ferromagnetic particles with shape anisotropy for cancer cell destruction by magneto-mechanical actuation
   Chiriac H.; Radu E.; Tibu M.; Stoian G.; Ababei G.; Labusca L.; Herea DD.; Lupu N.
   SCIENTIFIC REPORTS Volume: 8, Article Number: 11538, Published: AUG 1 2018
3. Layering influence on Nd agglomeration and hard magnetic properties of Mo/NdFeB/Mo thick films
   Grigoras M.; Borza F.; Urse M.; Stoian G.; Ababei G.; Lupu N.; Chiriac H.
   THIN SOLID FILMS Volume: 665, Pages: 68-74, Published: NOV 1 2018
4. Effective methods for structural health monitoring of critical zones of scalable wind turbines blades
   Savin A.; Iftimie N.; Steigmann R.; Rosu D.; Dobrescu G.S.; Grum J.; Barsanescu P.D.
   STROJNIŠKI VESTNIK - JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Volume 64, Pages: 680-689, Published: 2018
5. Complementary methods for evaluation of Yttria stabilized Zirconia coating used as thermal barrier coating
   Savin A.; Craus M.L.; Turchenko V.; Novy F.; Mocanu A.C.; Soare M; Grum J.; Doroshkevich O.S.
   STROJNIŠKI VESTNIK - JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Volume 64, Pages: 706-715, Published: 2018
6. Comparative effects of magnetic and water -based hyperthermia treatments on human osteosarcoma cells
   Herea D.D.; Danceanu C.; Radu E.; Labusca L.; Lupu N.; Chiriac H.
   INTERNATIONAL JOURNAL OF NANOMEDICINE Volume: 13, Pages: 5743-5751 Published: 2018
7. Noninvasive evaluation of special alloys for prostheses using complementary methods
   Savin A.; Vizureanu P.; Prevorovsky Z.; Chlada M.; Krofta J.; Baltatu MS.; Istrate B.; Steigmann R.
   IOP CONFERENCE SERIES-MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING Volume: 374, Article Number: UNSP 012030, Published:2018
8. Enzyme biosensing based on Zinc oxide nanostructures as active surface
   Iftimie N.; Steigmann R.; Savin A.; Tugui CA.; Munteanu C.
   IOP CONFERENCE SERIES-MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING Volume: 374, Article Number: UNSP 012070, Published:2018
9. Human adipose derived stem cells and osteoblasts interaction with Fe-Cr-Nb-B magnetic nanoparticles
   Labusca LS.; Herea DD.; Radu E.; Danceanu C.; Chiriac H.; Lupu N.
   JOURNAL OF NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY Volume: 18, Issue: 7, Pages: 5143-5153, Published: JUL 2018
10. Coercivity enhancement of Misch Metal-FeCo-B magnets by enveloping of hard grains
    Grigoras M.; Chiriac H.; Lupu N.
    Journal of Magnetism and Magnetic Materials – submitted 2018
11. The Influence of α′ (bcc) martensite on the dynamic and magnetic response of powder metallurgy FeMnSiCrNi shape memory alloys
    Mocanu M.; Mihalache E.; Pricop B.; Borza F.; Grigoraș M.; Comăneci R.I.; Özkal B.; Bujoreanu L.G.
    Proceedings of the International Conferenceon MartensiticTransformations: Chicago, ISBN 978-3-319-76968-4 (eBook), https://doi.org/10.1007/978-3-319-76968-4
12. Technological aspects of one-step activation method for silent and ultrasound assisted electroless deposition of Ni-P thick films
    Dimitriu E.; Lupu N.
    International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering (www.ijetae.com), ISSN 2250-2459, Volume 8, Issue 9, Pages: 39-50, PUBLISHED: SEP 2018
13. CFRP assessment using electromagnetic configurable architectures
    Steigmann R.; Iftimie N.; Grum J.
    Examinari Nedistructive – ARoEND, Nr. 1(9), Editura Printech, ISSN: 2360-4514, 2018
14. Nondestructive evaluation of metallic fillers embedded in polyester matrix
    Steigmann R.; Savin A.; Iftimie N.
    MATERIALE PLASTICE, 55, 3, pp. 410-413, 2018