PhD Thesis Bianca Mos

  • Published on
    09-Nov-2015

  • View
    10

  • Download
    4

Embed Size (px)

DESCRIPTION

PhD Thesis Bianca Mos

Transcript

  • Investete n oameni!Proiect cofinantat din Fondul Social European prin Programul Operaional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 2013

    Ing. Ramona Bianca MO

    TEZ DE DOCTORAT

    FILME OXIDICE EPITAXIALE MULTIFUNCIONALEUTILIZATE LA FABRICAREA BENZILOR

    SUPRACONDUCTOARE DE GENERAIA a II-a

    Conductor tiinific

    Prof. dr. ing. Lelia CIONTEA

    UNIVERSITATEA TEHNICDIN CLUJ-NAPOCA

    Facultatea de Ingineria Materialelor i a Mediului

  • Universitatea Tehnic din Cluj-NapocaStr. Memorandumului nr. 28, Cod postal 400114, Cluj-Napoca, Romania

    tel. +4 0264 401 200, 401248, tel./fax +4 0264 592 055

    Investete n oameni!FONDUL SOCIAL EUROPEANProgramul Operaional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 2013Axa prioritar: 1 Educaia i formarea profesional n sprijinul creterii economice i dezvoltrii societii bazate pe cunoatereDomeniul major de intervenie: 1.5 Programe doctorale si postdoctorale n sprijinul cercetriiTitlul proiectului: Proiect de dezvoltare a studiilor de doctorat n tehnologii avansate- PRODOC

    Cod Contract: POSDRU 6/1.5/S/5Beneficiar: Universitatea Tehnic din Cluj-Napoca

    FACULTATEA DE INGINERIA MATERIALELOR I A MEDIULUI

    Ing. Ramona Bianca MO

    TEZ DE DOCTORAT

    FILME OXIDICE EPITAXIALE MULTIFUNCIONALEUTILIZATE LA FABRICAREA BENZILOR

    SUPRACONDUCTOARE DE GENERAIA a II-a

    Comisia de evaluare a tezei de doctorat:

    PREEDINTE: - Prof.dr.ing. Ioan Vida-Simiti - decan, Universitatea Tehnic din Cluj-Napoca

    MEMBRI: - Prof.dr.ing. Lelia Ciontea - Conductor tiinific, Universitatea Tehnic din Cluj-Napoca

    - Prof.dr.ing. Adelina Ianculescu - Referent, Universitatea Politehnic din Bucureti

    - Prof.dr. Cristian Silvestru - Referent, Universitatea Babe- Bolyai, Cluj-Napoca, Membru Corespondent al Academiei Romne

    - Prof.dr.fiz. Traian Petrior - Referent, Universitatea Tehnic din Cluj-Napoca

  • iCUPRINS

    1. STUDIU DE LITERATUR PRIVIND MATERIALELE OXIDICE SUPRACONDUCTOARE

    Pag.

    Introducere............. 1

    1.1 Supraconductibilitatea de temperatur nalt................................................................. 41.2 Structura i proprietile supraconductorului de temperatur nalt YBCO.................. 61.3 Benzi supraconductoare de generaia a II-a (coated conductors)............................... 71.4 Centri de pinning artificiali............................................................................................ 81.5 Stratul tampon............................................................................................................... 101.6 Substraturi metalice ...................................................................................................... 131.7 Creterea epitaxial........................................................................................................ 15Bibliografie-Capitolul 1.......................................................................................................... 18

    2. SINTEZA I CARACTERIZAREA COMPUILOR OXIDICI CU ROL DE STRAT TAMPON

    2.1 Metode de sintez.......................................................................................................... 242.1.1 Metode chimice de preparare din soluie a filmelor subiri.............................. 24

    2.1.1.1 Depunerea derivailor metalorganici (Metal-Organic Deposition MOD)................................................................................................ 30

    2.1.1.2 Depunere asistat de polimer (Polymer Assisted Deposition-PAD). 312.1.2 Procedee de depunere din soluie a filmelor subiri ......................................... 342.1.3 Cristalizarea. Creterea epitaxial a filmelor subiri oxidice............................. 38

    2.2 Metode de caracterizare................................................................................................. 422.2.1 Caracterizarea soluiei precursoare.................................................................... 43

    2.2.1.1 Spectrometrie de mas cu plasm cuplat inductiv (ICP-MS)............ 431.2.1.2 Spectroscopie n infrarou IR.............................................................. 432.2.1.3 Relaxometrie RMN............................................................................. 442.2.1.4 Unghi de contact.............................................................................. 442.2.1.5 Metode termice de analiz (TG-DTA)................................................ 462.2.1.6 Spectrometrie de mas (MS)............................................................... 47

    2.2.2 Structura, textura i microstrucura filmelor subiri............................................ 472.2.2.1 Microscopie optic (MO).................................................................... 472.2.2.2 Microscopie electronic cu baleiaj (SEM).......................................... 48

  • ii

    2.2.2.3 Microscopie electronic de baleiaj (TEM).............................................. 492.2.2.4 Microscopie de for atomic (AFM).................................................. 502.2.2.5 Difracie de raze X ............................................................................. 52

    Bibliografie-Capitolul 2.......................................................................................................... 56

    3. FILME SUBIRI EPITAXIALE MULTIFUNCIONALE DE BaZrO3 OBINUTE PRIN METODE CHIMICE

    3.1 Consideraii generale..................................................................................................... 613.2 Caracterizarea precursorilor n vederea obinerii filmelor subiri de BZO................... 63

    3.2.1 Caracterizarea reactanilor................................................................................. 633.2.2 Chimia i caracterizarea precursorilor individuali............................................. 66

    3.3 Obinerea i caracterizarea soluiei i a pulberii precursoare de BZO........................... 833.3.1 Prepararea soluiei precursoare.......................................................................... 833.3.2 Caracaterizarea soluiei i a pulberii precursoare......................................................... 84

    3.4 Tratamentul termic al filmelor subiri de BaZrO3 ......................................................... 873.4.1 Substraturi monocristaline (h00)MgO............................................................... 88

    3.5 Caracterizarea structural a filmelor de BZO................................................................ 893.6 Caracterizarea morfologic a filmelor de BZO............................................................. 913.7 Obinerea i caracterizarea filmelor nanocompozite epitaxiale pe baz de BZO prin

    metode chimice.............................................................................................................. 953.7.1 . Prepararea soluiei precursoare i depunerea prin centrifugare a filmelor

    subiri de YBCO-BZO................................... 953.7.2 Depunerea i tratamentul termic a filmelor subiri de YBCO-BZO................. 96

    3.7.3 Caracterizarea structural a filmelor nanocompozite....................................... 983.7.4 Caracterizarea morfologic a filmelor nanocompozite...................................... 1023.7.5 Caracterizarea electric i de transport.............................................................. 107

    3.8 Concluzii........................................................................................................................ 110Bibliografie-Capitolul 3.......................................................................................................... 112

    4. DEPUNEREA I CARACTERIZAREA FILMELOR DE ZIRCONAT DE LANTAN (La2Zr2O7) PRIN METODE CHIMICE

    4.1 Consideraii generale................................................................................................... 1154.2 Obinerea i caracterizarea soluiei precursoare de La2Zr2O7......................................... 118

    4.2.1 Sinteza soluiei precursoare..............................................................................Caracterizarea soluiei de depunere..................................................................

    1184.2.2 119

    4.3 Depunerea i tratamentul termic al filmelor subiri de La2Zr2O7.................................Caracterizarea structural i morfologic a filmului de LZO/STO..............................

    1234.4 125

  • iii

    4.5 Caracterizarea filmelor subiri de LZO depuse pe substraturi metalice texturate........ 1274.5.1 Caracterizarea structural i morfologic a filmelor subiri de LZO/NiCuW.. 1274.5.2 Caracterizarea structural i morfologic a filmelor subiri de LZO/NiW...... 129

    4.6 Influena creterii filmelor subiri multistrat de LZO asupra proprietilor i structurale..................................................................................................................... 131

    4.7 Caracterizarea morfologic-TEM a filmelor subiri multistrat de LZO...................... 1354.8 Obinerea i caracterizarea arhitecturilor pe baza de CeO2 depuse pe substraturi

    metalice biaxial texturate de NiW................................................................................ 1384.8.1 Caracterizarea pulberii precursoare de CeO2................................................... 1384.8.2 Depunerea i tratamentul termic al filmelor subiri de CeO2........................... 1404.8.3 Caracterizarea structural i morfologic a arhitecturii CeO2/LZO/NiW........ 1424.8.4 Analize preliminare n vederea creterii filmelor de CeO2 /NiW.................... 1434.8.5 Filme subiri de NiW/LZO(patru straturi)/CeO2.............................................. 144

    4.9 Mecanismul de cretere a filmelor de LZO pe substraturi metalice biaxial texturate de Ni-5% at.W............................................................................................................. 145

    4.10 Concluzii...................................................................................................................... 147Bibliografie-Capitolul 4.......................................................................................................... 148

    5. CARACTERIZAREA STRUCTURAL I MORFOLOGIC A FILMELOR SUBIRI DE CeO2 OBINUTE PRIN METODA POLYMER ASSISTED DEPOSITION (PAD)

    5.1 Consideraii generale................................................................................................... 1495.2 Sinteza soluiei de depunere........................................................................................ 151

    5.2.1 Procesul de ultrafiltrare...................................................................................Chimismul soluiei precursoare......................................................................

    1525.2.2 153

    5.3 Parametrii fizico-chimici ai soluiei precursoare......................................................... 1545.3.1 Vscozitatea, unghiul de contact, tensiunea superficial................................ 154

    5.4 Caracterizarea gelului precursor (CeEDTA)-PEI+....................................................... 1565.4.1 Spectroscopie n infrarou..............................................................................

    Cromatografie ionic.....................................................................................Analize termice TG-DTA..............................................................................

    1565.4.2 1575.4.3 158

    5.5 Depunerea i tratamentul termic al filmelor de CeO2.................................................Caracterizarea filmelor subiri de CeO2 .....................................................................

    1605.6 161

    5.6.1 Influena agentului de complexare asupra filmelor subiri de CeO2............... 1615.6.1.1 Caracterizarea filmelor subiri de CeO2 depuse din soluia

    precursoare n care pH-ul a fost ajustat cu NH4OH........................ 1615.6.1.2 Caracterizarea filmelor subiri de CeO2 depuse din soluia

    precursoare n care pH-ul a fost ajustat cu PEI.............................. 1645.6.2 Influena tratamentului de piroliz n diferite atmosfere asupra morfologiei

    realizat......................................................................................................... 1715.6.3 Efectul atmosferei de cristalizare - N2 asupra morfologiei............................. 173

  • iv

    5.6.4 Studiul creterii filmelor de CeO2/YSZ pirolizate n atomsfer de N2 i cristalizate n O2.............................................................................................. 175

    5.6.5 Efectul creterii concentraiei soluiei precursoare asupra morfologiei.......... 1795.6.6 Influena tratamentului termic termic realizat n dou etape asupra

    morfologiei...................................................................................................... 1825.7 Concluzii...................................................................................................................... 187Bibliografie-Capitolul 5....................................................................................................... 188

    CONCLUZII GENERALE I CONTRIBUII ORIGINALE........................................ 190MULUMIRI ANEXE - Lucrri publicate din tematica tezei de doctorat

  • Abrevieri

    AFM (Atomic Force Microscopy) - Microscopia de For AtomicBZO - BaZrO3

    CSD (Chemical Solution Deposition) - Depunere Chimic din Soluiedm - pierderea relativ de mas DTA (Differential Thermogravimetry Analysis) - Analiz Termic DiferenialDTG (Derivative Thermal Gravimetry) - Derivata Curbei Termogravimetrice

    EDTA - acid etilendiamino tetraacetic

    FT-IR (Fourier Transform Infrared) - Spectroscopie n InfrarouIBAD (Ionic on Beam Assisted Deposition) - Depunere Asistat de un Bombardament IonicLAO - LaAlO3

    LZO- La2Zr2O7

    MOD (Metal-Organic Deposition) Depunerea Chimic cu Compui MetalorganiciMS (Mass Spectrometry) - Spectrometrie de Mas PAD (Polymer Assisted Deposition) - Depunere Asistat de PolimerPEI - polietileniminRABiTS (Rolling Assisted Biaxially Textured Substrates) - Procedeu pe baz de Substraturi Biaxial Texturate

    SEM (Scanning Electron Microscop) - Microscopie Electronic cu BaleiajSTO - SrTiO3

    TEM (Transmission electron microscopy) - Microscopia Electronic de TransmisieTFA- trifluoroacetat

    TG (Thermogravimetry Analysis) - Analiz TermogravimetricXRD (X - Ray Diffraction) - difracie de raze X YBCO - YBa2Cu3O7-x

    YSZ - oxid de zirconiu stabilizat cu oxid de ytriu

  • Introducere

    1

    INTRODUCERE

    n ultimii ani, filmele subiri oxidice au generat un reviriment al cercetrilor ndomeniul tiinei i Ingineriei Materialelor datorit proprietilor lor funcionale.Conductivitatea ionic i electronic, termoelectricitatea, magnetorezistena, feroelectricitatea i supraconductibilitatea sunt cteva din functionalitile intens exploatate. n mod deosebit, supraconductibilitatea ofer oportuniti pentru s...