Projekti / Programi
Tankoplastne strukture in plazemsko inženirstvo površin
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.09.00 |
Tehnika |
Elektronske komponente in tehnologije |
|
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T155 |
Tehnološke vede |
Prevleke in površinska obdelava |
površine, tankoplastne strukture, trde prevleke, kvazikristali, plazma, karakterizacija plazme, katalitične sonde, kompoziti, polimeri, fazne meje, difuzija, AES profilna analiza, XPS
Raziskovalci (12)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
22289 |
dr. Uroš Cvelbar |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2004 - 2008 |
0 |
| 2. |
18271 |
dr. Miha Čekada |
Materiali |
Raziskovalec |
2004 - 2008 |
0 |
| 3. |
26476 |
dr. Aleksander Drenik |
Elektronske komponente in tehnologije |
Mladi raziskovalec |
2006 - 2008 |
0 |
| 4. |
15601 |
Jožko Fišer |
|
Tehnični sodelavec |
2004 - 2008 |
0 |
| 5. |
12616 |
dr. Darinka Kek Merl |
Materiali |
Raziskovalec |
2004 - 2008 |
0 |
| 6. |
15703 |
dr. Janez Kovač |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2004 - 2008 |
0 |
| 7. |
15602 |
Damjan Matelič |
|
Tehnični sodelavec |
2004 - 2008 |
0 |
| 8. |
10429 |
dr. Miran Mozetič |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2004 - 2008 |
0 |
| 9. |
09090 |
dr. Peter Panjan |
Materiali |
Raziskovalec |
2004 - 2008 |
0 |
| 10. |
17622 |
Janez Trtnik |
|
Tehnični sodelavec |
2004 - 2008 |
0 |
| 11. |
20048 |
dr. Alenka Vesel |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2004 - 2008 |
0 |
| 12. |
01741 |
dr. Anton Zalar |
Elektronske komponente in tehnologije |
Vodja |
2004 - 2008 |
0 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
18 |
Povzetek
Tankoplstne strukture in plazemsko inženirstvo.
Nove tankoplastne strukture, kompozitni materiali in s plazmo obdelane površine temeljijo na razvoju tankih plasti in znanosti površin. Z namenom, da bi razumeli interakcijo radikalov plazme s trdimi površinami polimerov in kompozitov bomo reaktivno kisikovo plazmo preiskali z optično spektrometrijo in s katalitičnimi sondami. Kisikovo plazmo bomo uporabili za nove tehnološke postopke, ki vključujejo selektivno jedkanje, čiščenje v plazmi, hladno upepeljevanje in stirilizacijo. Za izboljšanje obrabne odpornosti in zmanjšanje trenja bomo preiskali fizikalne in tribološke lastnosti nove generacije površinskih prevlek, kot so nanokompoziti, večplastne strukture in super strukture, ogljikove prevleke in kovinske prevleke, ki vsebujejo ogljik. Preiskovali bomo uporabnost prevlek za zaščito orodij, ki jih uporabljamo za obdelavo trdih materialov, s suhim mazanjem in pri povišani temperaturi ter pri obdelavi kompozitov.
Plazemske postopke bomo preiskali med nanosom trdih prevlek z masno in energijsko ločljivo spektroskopijo. Obdelava površin s plazmo bo omogočila zamenjavo nekaterih elektrokemičnih depozicijskih postopkov, ki so ekološko škodljivi. Depozicijo v plazmi (PVD-postopek) bomo uporabili tudi za nanos tankoplastnih kvazikristalov in trdnih oksidnih elektrolitov za gorivne celice. Natančno karakterizacijo površin, notranjih faznih mej in globinskih profilov bomo dosegli z visoko ločljivo AES profilno analizo; uporabili bomo ionsko jedkanje z dvema curkoma ionov z nizko energijo, pri velikem vpadnem kotu in/ali z rotacijo vzorca med analizo. Sestavo, kristalno strukturo in topografijo površin materialov ter tankoplastnih struktur obdelanih v plazmi bomo preiskali z večimi metodami, kot so AES, XPS, SPEM, SEM, TEM, XRD, EXAFS in AFM. Predvidevamo, da bodo rezultati, dobljeni v okviru tega programa, uporabni na področju znanosti površin in plazme, v tehnologiji prevlek in pri obdelavi površin.
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati naših raziskav na področju generiranja in karakterizacije visoko reaktivne hladne plinske plazme predstavljajo pomemben napredek pri razumevanju plazemske fizike in kemije. V okviru tega projekta smo razvili različne vrste katalitičnih sond in jih uporabili za karakterizacijo plazme tako v naših reaktorjih kakor tudi pri naših partnerjih v tujini. Opravili smo sistematične meritve gostote atomov v plazmah vodika, kisika, vodne pare in dušika. Primerjava z ostalima metodama za merjenje gostote atomov, titracijo in metodo TALIF so pokazale prednosti naše sonde: je edina znana metoda, ki omogoča sprotno merjenje gostote med plazemsko obdelavo materialov. Možnost spremljanja sprememb gostote atomov v različnih stopnjah obdelave materialov predstavlja svetovno prelomnico v razumevanju interakcije med plazmo in obdelovanci. Tovrstna karakterizacija je ključnega pomena za razumevanje procesov plazemskega jedkanja, funkcionalizacije, hladnega upepeljevanja, čiščenja itd, ki se uporabljajo za obdelavo različnih materialov vključno z biomedicinskimi in nano materiali. Natančen pregled literature je pokazal, da je v svetu izredno malo raziskovalnih skupin, ki razlagajo stopnjo obdelanosti materialov v odvisnosti od toka atomov na površino obdelovanca. Z našimi sondami lahko ta tok natančno merimo, kar omogoča pripravo kakovostnih znanstvenih člankov. Zaradi tega ne preseneča veliko število objavljenih prispevkov v vrhunskih znanstvenih revijah. Za površine podlag, ki so prekrite s trdimi PVD-prevlekami, so značilni različni defekti v obliki por, kraterjev in vrhov. Takšni defekti so z vidika uporabe trdih prevlek nezaželeni, ker poslabšajo oprijemljivost in korozijsko obstojnost ter povečajo koeficient trenja, sprijemanje materiala obdelovanca in prepustnost prevleke za pline. Da bi izboljšali tribološke lastnosti trdih prevlek, moramo zmanjšati koncentracijo defektov. Za študij defektov smo uporabili različne analitske tehnike (vrstično elektronsko mikroskopijo v kombinaciji s fokusiranim ionskim jedkanjem, 3D-profilometrijo). Iz raziskav smo ugotovili, kateri parametri priprave prevlek najbolj vplivajo na koncentracijo defektov. Današnji razvoj na področju zaščite orodij gre v smeri priprave kompaktnih, gladkih, nanoplastnih in nanokompozitnih trdih PVD-prevlek. Najbolj univerzalna metoda priprave prevlek je magnetronsko naprševanje, ki omogoča nanos zelo širokega spektra prevlek na podlage s komplicirano geometrijo. Slaba stran magnetronskega naprševanja je relativno nizka stopnja ionizacije razpršenih atomov. Posledica je rast prevlek s stebričasto mikrostrukturo, ki pa nima najboljših triboloških lastnosti. Bistvo novejših postopkov naprševanja je pulzno nanašanje pri velikih močeh (HPPMS). Ta postopek smo uporabili za nanašanje prevlek TiAlN in CrN. Cilj raziskav je bil določiti vpliv parametrov nanašanja na strukturne, mikrostrukturne in tribološke lastnosti izbranih prevlek. Naše meritve hitrosti in koeficientov ionskega jedkanja karbidnih in drugih tankoplastnih struktur so pokazale veliko kotno odvisnost hitrosti jedkanja v teh materialih. Nepričakovano smo ugotovili, da je hitrost ionskega jedkanja ogljika pri velikem vpadnem kotu ionov primerljiva s tisto za kovine. Naši rezultati bodo omogočili natančnejše analize večkomponentnih tankoplastnih struktur, predvsem tistih na osnovi karbidnih spojin. V sodelovanju z evropskimi partnerji smo razvili, testirali in uporabili novi tip visoko-ločljivega rentgenskega mikroskopa Twinmic, ki je postavljen na sinhrotronskem pospeševalniku Elettra v Trstu. Mikroskop Twinmic združuje več načinov slikanja, doseže ločljivost 120 nm, uporablja nove kontrastne tehnike in je prvi te vrste na svetu. Mikroskop Twinmic bo omogočil nova spoznanja o nehomogenostih v tankoplastnih strukturah ter v organskih in kompozitnih materialih.
Pomen za razvoj Slovenije
Znanje in izkušnje, ki smo si jih pridobili v petletnem obdobju trajanja tega programa, nam omogoča razvoj plazemskih tehnologij za industrijske partnerje iz Slovenije. Med tehnološke postopke, ki smo jih razvili v preteklih petih letih, sodijo razvoj postopka selektivnega jedkanja polizdelkov iz mikrokompozitnega materiala, površinska funkcionalizacija biokompatibilnih materialov in plazemsko čiščenje različnih materialov. Nekatere originalne rešitve smo zaščitili s patentnimi prijavami v različnih državah po svetu. Nekaj patentov je bilo že podeljenih, kar nam omogoča komercialno uporabo rezultatov in zaščito naših industrijskih partnerjev pred konkurenco z daljnjega vzhoda. Vsi tehnološki postopki so okolju prijazni in nadomeščajo klasične mokre kemijske postopke, ki oneznažujejo okolje. Z razvojem novih tehnologij, ki ne onesnažujejo okolja, smo pomembno prispevali k ekološkemu razvoju Slovenije. Zaščita orodij s trdimi PVD-prevlekami prinaša veliko dodano vrednost. V Sloveniji je orodjarstvo eno od najbolj konkurečnih industrijskih področij. Da bi orodjarji lahko uspešno reševali probleme, s katerimi se srečujejo v industrijski proizvodnji, potrebujejo močno podporo s strani raziskovalnih institucij. Naša raziskovalna skupina aktivno deluje na tem področju že skoraj tri desetletja. V Centru za trde prevleke, ki deluje znotraj Odseka za tanke plasti in površine na Institutu "Jožef Stefan", skrbimo za razvoj novih trdih PVD-prevlek in njihovo uvajanje v industrijsko proizvodnjo. Nova spoznanja o hitrostih in koeficientih ionskega jedkanja v karbidnih spojinah bodo uporabljena pri natančnih preiskavah večkomponentnih tankoplastnih struktur, kot so trde in korozijske zaščitne prevleke, ki jih v naših laboratorijih izvajamo za slovenske industrijske partnerje in druge raziskovalne inštitucije. Sodelovanje naše skupine pri izgradnji novega rentgenskega mikroskopa Twinmic na sinhrotronu Elettra v Trstu, omogoča dostop tudi drugim slovenskim raziskovalcem do te vrhunske in drage raziskovalne opreme, ki je unikatna v svetovnem merilu.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
