M. S. C. Covarrubias daktaro disertacijos „ Legiravimo įtaka bario cerato ir bario cirkonato plonų dangų savybėm“ gynimas

Autorius, institucija: Monica Susana Campos Covarrubias, Kauno technologijos universitetas

Mokslo sritis, kryptis: gamtos mokslai, fizika, N002

Mokslinis vadovas: prof. dr. Giedrius Laukaitis (Kauno technologijos universitetas, gamtos mokslai, fizika, N002)

Fizikos mokslo krypties disertacijos gynimo taryba:
prof. dr. Tomas Tamulevičius (Kauno technologijos universitetas, gamtos mokslai, fizika, N002) – pirmininkas
prof. dr. Liutauras Marcinauskas (Kauno technologijos universitetas, gamtos mokslai, fizika, N002)
vyr. m. d. dr. Šarūnas Meškinis (Kauno technologijos universitetas, gamtos mokslai, fizika, N002)
prof. dr. Yogendra Kumar Mishra (Pietų Danijos universitetas, Danija, gamtos mokslai, fizika, N002)
doc. dr. Tomas Šalkus (Vilniaus universitetas, technologijos mokslai, medžiagų inžinerija, T008)

Su disertacija galima susipažinti Kauno technologijos universiteto bibliotekoje (Gedimino g. 50, Kaunas).

Disertacijos gynimas vyks Kauno technologijos universiteto Rektorato salėje (K. Donelaičio g. 73 – 402, Kaunas)

Anotacija: Bario ceratai ir bario cirkonatai yra gana gerai žinomi dėl savo joninio laidumo savybių 200–1000 °C temperatūros aplinkoje. Šios medžiagos gali būti suformuotos kaip atsitiktinai orientuotos ir labai orientuotos heteroepitaksinės plėvelės, tai ir sąlygoja jų savybes. Nors heteroepitaksinės itin plonos plėvelės leidžia išsamiai ištirti paviršiaus ir paviršiaus bei padėklo sąsajas, jose atsiranda įtempiai dėl gardelių parametrų neatitikimo, ir tai sąlygoja prastas mechanines savybes. Norint sumažinti atsirandančius įtempius, reikia naudoti papildomus pasluoksnius ar keisti sluoksnių storį. Palyginimui, tekstūrinės plėvelės suteikia pranašumą gauti netradicines mikrostruktūras, pasižyminčias naujomis neištirtomis savybėmis. Tekstūrinių plonų plėvelių ir jų sąveikos su skirtingais pagrindais tyrime siūlomi nauji būdai, kaip pagerinti šių dangų katalitines, mechanines bei elektronines savybes ir cheminį stabilumą, kad būtų pasiektas mikrosistemų ar vidutinės temperatūros mikrokuro elementų, suformuotų iš metalų bei keramikų, didžiausias gamybos našumas. Gaminant mikrosistemas susiduriama su dviem pagrindinėmis problemomis: apdorojimo sąnaudomis ir formuojamų struktūrų matmenų keitimu [3]. Be to, naudojant metalų pagrindu pagamintus kuro elementus, kyla dar kita problema – metalo degradacija ir atomų, pavyzdžiui, Ni, kurie suardo kristalą esant didelei sukepinimo temperatūrai, migracija [4]. Didelė sukepinimo temperatūra yra būtina norint gauti kristalines, tankias ir didelio grūdėtumo plėveles. Fizikiniai nusodinimo metodai (PVD) suteikia pranašumą formuojant kristalines ir tankias plėveles mažesnės temperatūros aplinkoje. Be to, keičiant nusodinimo parametrus, kontroliuojama formuojamų plėvelių mikrostruktūra ir sudėtis. Šiame darbe buvo tirtas bario cerato (BCO), bario cerato, legiruoto 10 % bei 20 % itriu (BCY10, BCY20), bario cirkonato (BZO), bario cirkonato, legiruoto 20 % itriu (BZO), ir bario cirkonato, legiruoto 10 % itriu su 10 % ceriu (BZCY), plonų plėvelių formavimas, taikant vakuuminį garinimą elektronų pluoštu, siekiant nustatyti suformuotų plonų plėvelių įtaką joniniam laidžiui, cheminiam stabilumui ir mechaninėms savybėms. Suformuotos bario cerato ir bario cirkonato plonos plėvelės pasižymėjo tekstūriškumu. Plėvelių mikrostruktūra ir įtempiai keitėsi pagal garų fazėje esančių dalelių kinetinę energiją ir jų greitį garavimo proceso metu [5], [6], padėklo temperatūrą ir relaksacijos procesus. Bario cirkonatų atveju, priemaišų koncentracija taip pat sąlygojo suformuotų plonų plėvelių mikrostruktūrą. Buvo pritaikytos dvi skirtingos plonų plėvelių formavimo metodikos, t. y. buvo panaudoti du skirtingos konstrukcijos kaitintuvai, dirbantys 150–600 °C ir 500–700 °C temperatūrų intervale. Panaudojant kaitintuvą, dirbantį mažesnės temperatūros intervale, buvo nustatyta, kad bario ceratų plonos dangos, remiantis Thorntono zonų diagrama [139], pasižymi mikrostruktūra, būdinga pirmajai zonai, o panaudojant kaitintuvą, dirbantį didesnės temperatūros intervale – antrajai zonai. Jonų laidumas padidėjo plonose dangose, suformuotose panaudojant didesnės temperatūros kaitintuvą, kai padėklo temperatūra buvo 500 °C. Šiose dangose fiksuojamos gniuždančio pobūdžio deformacijos, turinčios įtaką ir kristalinės gardelės parametrams. Bario ceratų plonos plėvelės, suformuotos Al2O3 (0001), YSZ (001) bei MgO (001) pagrindu, turėjo 2 zonai būdingą mikrostruktūrą ir pasižymėjo dideliu orientuotu grūdėtumu bei kristališkumu. Didžiausias joninis laidumas (~0,1 S/cm, 400 °C), buvo gautas suformuotose BCO plonose dangose, kuriose vyravo lygiagrečios su padėklo paviršiumi (202) orientacijos pailgi grūdeliai. Šios BCO plonos dangos buvo suformuotos ant YSZ 600 °C temperatūros padėklų. Suformuotos mažesnės temperatūros intervale bario cirkonatų plonos dangos buvo nestabilios natūralioje aplinkoje. Tačiau šios plonos dangos, kuriose vyravo Stranskio–Krastanovo augimo pobūdis, pasižymėjo stabilumu. Nustatyta, kad suformuotų plonų dangų mikrostruktūrą bei joninį laidumą sąlygoja nusodinimo parametrai ir skirtingo šiluminio plėtimosi padėklai, kurie paveikia liekamuosius įtempius suformuotose struktūrose.