Multikomponentní nanokompozitní vrstvy připravené pulzním magnetronovým naprašováním

Abstract

Předmětem předkládané disertační práce je studium čtyř multikomponentních nanostrukturních materiálů připravených pomocí pulzní magnetronové depozice. Ve všech čtyřech případech bylo hlavním cílem připravit a následně charakterizovat materiály, které slibují vysoký potenciál využití v různých aplikacích. Celá práce je rozdělena do sedmi kapitol. V první kapitole je v krátkosti popsán úvod do světa tenkovrstvých materiálů a povlaků. Navazuje kapitola druhá, která uvádí čtenáře do současného stavu problematiky studovaných materiálů. Třetí kapitola stanovuje cíle disertační práce. Ve čtvrté jsou uvedeny použité metody přípravy a charakterizace povlaků a vrstev. Hlavní pátá kapitola uvádí veškeré získané výsledky přehledně rozdělené do čtyř částí podle zkoumaných materiálů. První studie se zabývá erozní odolností proti vodním kapkám s vysokými rychlostmi. Byly připraveny povlaky Zr-B-C, u kterých byl zkoumán vliv tloušťky na mechanické vlastnosti. Následně byla zkoumána záměna Hf za Zr a přidání Si. Všechny připravené povlaky vykazují vysokou tvrdost (až 31 GPa), nízké kompresní pnutí ( 1 GPa) a vyšší erozní odolnost než samotná ocel T671 a povlak WC-Co10Cr4. Ve druhé studii bylo dokázáno, že reaktivní vysokovýkonové naprašování HiPIMS je efektivní metodou k přípravě vrstev In-Ga-Zn-O. Při naprašování v čistém Ar je hodnota průměrné výkonové hustoty Sda vhodným parametrem pro řízení změny koncentrace kyslíku ve vrstvách vedoucí ke změně optických a elektrických vlastností. Při Sda = 1020 Wcm^-2 byly připraveny vrstvy s vysokou transparencí (k550 4 × 10^-3), nízkou rezistivitou (5 × 10^3 m) a vyšší mobilitou nosičů náboje. Přidání malého množství O2 do plazmatu ovlivňuje prvkové složení vrstev. Transparence zůstává vysoká (k550 9 × 10^-3) bez ohledu na Sda, ovšem s rostoucí Sda roste rezistivita až na 8 × 10^3 m a klesá mobilita nosičů náboje. Třetí část je věnována studiu termochromických vrstev VO2. Bylo prokázáno, že při využití vysokovýkonového naprašování metodou DOMS je možné připravit termochromické vrstvy VO2 při nízké teplotě (Td 330 °C) na sodnovápenatém skle a na polymerních fóliích Kapton bez použití předpětí a bez strukturní šablony. Vrstvy připravené na skle vykazovaly rozdíl transmitance v infračervené oblasti T = 45 % při přechodové teplotě Ttr = 65 °C, u vrstev na Kaptonu byl rozdíl T dokonce 60 % při přechodové teplotě Ttr = 64 °C. Poslední studie se zabývá vrstvami MoOx a MoOxNy, kde 2,5 < x < 3,0 a y < 0,2, připravenými pomocí metody DOMS při nízké teplotě (< 120 °C). Zkoumán byl vliv parciálního tlaku kyslíku pox a podíl N2 ve směsi reaktivních plynů na složení, strukturu a optické, elektrické a mechanické vlastnosti. Ačkoliv je změna parciálního tlaku kyslíku čtrnáctinásobná, výsledkem je pouze malá změna v prvkovém složení (z Mo26O74 na Mo28O72), která ovšem vede k velké změně optických (změna Tlum ze 79 % na 0 %) a elektrických ( se mění o více než 10 řádů) vlastností. Při přidání pouhých 4 at. % N do vrstev (z Mo26O74 na Mo26O70N4) dojde k poklesu Tlum k 0 % a změně o více než 6 řádů. V šesté kapitole jsou shrnuty dosažené výsledky. Kapitola sedm pak uvádí seznam citované literatury a přehled prací disertanta.