Study of hydrogen interaction with defects in thin metallic films

• Název práce v češtině: Studium interakce vodíku s defekty v tenkých kovových vrstvách
• Název v anglickém jazyce: Study of hydrogen interaction with defects in thin metallic films
• Klíčová slova: vodík, defekty, tenké vrstvy, paladium, anihilace pozitronů
• Klíčová slova anglicky: hydrogen, defects, thin films, hydrogen, palladium, positron annihilation
• Akademický rok vypsání: 2014/2015
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra fyziky nízkých teplot (32-KFNT)
• Vedoucí / školitel: prof. Mgr. Jakub Čížek, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 26.09.2014
• Datum zadání: 26.09.2014
• Datum potvrzení stud. oddělením: 28.01.2015
• Datum a čas obhajoby: 20.09.2018 00:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 23.07.2018
• Datum odevzdání tištěné podoby: 23.07.2018
• Datum proběhlé obhajoby: 20.09.2018
• Oponenti: Vladimír Krsjak
• Konzultanti: RNDr. Ivan Procházka, CSc.

Zásady pro vypracování

1. Prostudování odborné literatury o chování vodíku v tenkých kovových vrstvách.
2. Příprava tenkých vrstev Mg a Pd a multivrstev Mg/Pd pomocí magnetronového naprašování
3. Charakterizace mikrostruktury připravených tenkých vrstev. Stanovení vlivu teploty depozice na defekty a strukturu tenkých vrstev.
4. Dopování tenkých vrstev vodíkem a výzkum interakce vodíku s defekty. Vodíkem indukované napětí a jeho vliv na vznik defektů.
5. Výzkum stability tenkých vrstev a změn mikrostruktury v tenkých vrstvách podrobených opakovaným cyklům absorpce a desorpce vodíku.
6. Sepsání doktorské práce

Seznam odborné literatury

1. P.Hautojärvi: Positrons in Solids, Topics in Current Physics, Springer-Verlag, Berlin (1979).
2. A. Dupasquier, A.P. Mills, Jr. (eds.): Positron Spectroscopy of Solids, IOS Press, Amsterdam (1995).
3. G. Alefeld and J. Völkl, Hydrogen in Metals I, Springer –Verlag, Berlin (1978).
4. A. Pundt, R. Kirchheim Annu. Rev. Mater. Res. 36, 555 (2006).

Předběžná náplň práce

Tenké vrstvy představují velmi zajímavé materiály pro vodíkové technologie. Narozdíl od objemových materiálů je možné poměrně jednoduše připravit tenké vrstvy s velmi rozdílnou mikrostrukturou od nanokrystalických filmů až po monokrystalické epitaxní tenké vrstvy. Navíc pomocí ko-depozice je možné připravit tenké vrstvy s prakticky jakýmkoliv složením nezávisle na mísitelnosti jednotlivých komponent.
Chování vodíku absorbovaného v tenkých vrstvách je zcela unikátní a odlišné od chování vodíku v klasických objemových materiálech. Specifické chování vodíku v tenkých vrstvách má dva hlavní důvody: (i) relativně velké množství defektů (hranice zrn v nanokrystalických tenkých vrstvách a misfit dislokace v epiatxních filmech), které představují záchytová centra pro atomy vodíku. Druhým důvodem je anizotropní expanze tenkých vrtev dopovaných vodíkem. Zatímco vodík absorbovaný v objemovém vzorku způsobuje expanzi objemu, která je stená ve všech směrech, tenké vrstvy jsou fixovány na rigidní substrát, který zabraňuje expanzi filmu v rovině subtrátu. Při dopování vodíkem se proto rozměry filmu v rovině substrátu nemění zatímco expanze filmu ve směru kolmém na rovinu substrátu je výrazně vyšší než v případě klasických objemových vzorků. Anizotropní expanze tenkých vrstev dopovaných vodíkem vede ke vzniku velmi vysokých napětí (v řádu GPa), které výrazně ovlivňují chování vodíku.
V rámci této doktorské práce bude studována interakce vodíku s defekty v tenkých kovových vrstvách Mg a Pd. Cílem práce je:
1. Pochopit interakci vodíku s defekty a vliv defektů na absorpční kapacitu tenkých vrstev a kinetiku absorpce a desorpce vodíku.
2. Prostudovat vliv vodíkem-indukovaných napětí na vznik defektů.
3. Prozkoumat stabilitu mikrostruktury tenkých vrstev při opakované absorpci a desorpci vodíku.
Mřížové defekty ve zkoumaných materiálech budou studovány pomocí pozitronové anihilační spektroskopie, která se vyznačuje vysokou citlivostí k defektům spojeným s volným objemem jako vakance, vakanční shluky nebo dislokace. Měření budou prováděna na svazku pomalých pozitronů s laditelnou energií, který umožňuje změření hloubkového profilu defektů. Pozitronová anihilační spektroskopie bude doplněna difrakcí rtg. záření a transmisní a skenovací elektronovou mikroskopií.