|
|
Vliv atomů kovů na dohasínající dusíkové plazma
Bocková, Ivana ; Kudrle, Vít (oponent) ; Krčma, František (vedoucí práce)
Cílem diplomové práce je studium vlivu atomů kovů na dohasínající dusíkové plazma. Dohasínající plazma čistého dusíku je předmětem studií řady prací zabývajících se kinetikou procesů v plazmatu. Ovšem existuje jen velmi málo publikovaných děl, které by objasňovaly kinetiku dohasínajícího dusíkového plazmatu s příměsemi. Tato diplomová práce se proto zabývá problematikou dohasínajícího dusíkového plazmatu s příměsí par rtuti. Veškerá experimentální data byla získána pomocí optické emisní spektroskopie s využitím stejnosměrného výboje v proudícím režimu, čímž lze dosáhnout dobrého časového rozlišení v řádech milisekund. Měření bylo provedeno v rozsahu vlnových délek 320-780 nm a ve spektrech byly identifikovány tyto spektrální systémy: • 1. pozitivní systém dusíku: N2(B) -> N2(A), • 2. pozitivní systém dusíku: N2(C) -> N2(B), • 1. negativní systém dusíku: N2+(C) -> N2+(X), • NO-beta systém: NO(B) -> NO(X). Kromě těchto spektrálních systémů jsme zaznamenali spektrální čáru rtuti na vlnové délce 254 nm (ve spektru prvního i druhého řádu), další rtuťové čáry pozorovány nebyly. Pára rtuti byla do systému zaváděna do vybraných míst časů dohasínání. Byly sestrojeny grafy závislostí intenzit vybraných molekulových systémů dusíku a intenzit spektrálních čar rtuti na čase dohasínání při různých experimentálních podmínkách (tlaku, výkonu výboje, teploty stěny výbojové trubice, čase dohasínání v místě vpouštění páry rtuti do výboje). Data, která byla získána při měření čistého dusíkového plazmatu, byla použita jako reference. Získané výsledky ukázaly, že přítomnost atomů rtuti má podstatný vliv na kinetické procesy probíhající v plazmatu. Zavedeme-li rtuť do dohasínání, je čára rtuti pozorována v okolí místa, kde rtuťové páry vstupují do výboje. Experimentální data ukazují, že intenzita rtuťové čáry je přímo úměrná koncentraci atomů rtuti a můžeme pozorovat saturaci. Energiový diagram hladin rtuti ukazuje, že pozorovaná čára rtuti může být excitována při srážkách s dusíkovými molekulami v základním elektronovém stavu (vibrační hladina 18). Z tohoto důvodu může být rtuť použita pro sledování populace na této vibrační úrovni. Nakonec byl během dohasínání na této hladině získán profil populace dusíkového mestabilního stavu. Prezentovaná práce ukazuje, že atomy rtuti mohou být použity pro sledování jednoho dusíkového metastabilního stavu. Bohužel, současné údaje nejsou dostatečné pro měření absolutních koncentrací uvedeného metastabilu. Také komplexní pochopení kinetiky dusíkového dohasínání je stále otevřeným problémem. Přestože předložená práce přináší dobrý základ pro výzkum, měly by být v budoucnu provedeny další teoretické i experimentální studie.
|
|
|
Optická emisní spektroskopie dohasínajícího plazmatu ve směsi dusík-argon
Žáková, Marie ; Kudrle, Vít (oponent) ; Krčma, František (vedoucí práce)
Studium plazmatu generovaného v čistém dusíku a dohasínání tohoto plazmatu je předmětem mnoha set prací, které přináší celou řadu informací o kinetických procesech a reakcích přenosu excitační energie. Zvláštní postavení má jev označovaný jako „pink afterglow“. Jak z experimentálního tak i z teoretického studia plazmochemických procesů se zjistilo, že řada procesů je citlivá právě na složení plazmatu, a to již za velmi nízkých koncentrací, a na další experimentální podmínky (tlak ve výbojové trubici, teplota, atd.). Proto je nutné tyto procesy podrobně studovat. V experimentální části práce bylo použito stejnosměrného výboje (vzdálenost dutých molybdenových elektrod 12 cm, výkon přibližně 290 ± 10 W) v proudícím režimu. Výboj byl generován v Pyrexové trubici v čistém dusíku a ve směsi dusíku s argonem v širokém rozmezí koncentrací. Celkový tlak byl měněn v rozsahu od 500 Pa do 5000 Pa. Emisní spektra dohasínajícího plazmatu byla měřena pomocí optického spektrometru „TRIAX 550“ s CCD detektorem v rozmezí vlnových délek od 320 do 780 nm. Ze změřených intenzit jednotlivých spektrálních pásů prvního (N2 (B 3g) N2 (A 3u+)) a druhého (N2 (C 3u) N2 (B 3g)) pozitivního a prvního negativního (N2+ (B 2u+) N2+ (X 2g+) systému dusíku byly vypočteny relativní vibrační populace na jednotlivých hladinách. Byly sestrojeny závislosti intenzit jednotlivých systémů na čase dohasínání, relativních vibračních populací na koncentraci argonu a tlaku. Ze získaných závislostí je zřejmé, že při nízkém tlaku byl jev pink afterglow poměrně úzký a s rostoucím tlakem se maximum vyzařování posouvalo k pozdějším časům. Současně se jeho trvání podstatně prodlužovalo. Stejný efekt byl pozorován s nárůstem koncentrace argonu ve směsi. Při nejvyšší koncentraci argonu, zvláště při nízkém tlaku, jev pink afterglow zcela vymizel. V budoucnosti bude nezbytné pokračovat ve studiu procesů, protože jejich znalost může dát řešení všech kinetických reakcí v plazmatu a toho může být použito v plazmochemii a při hledání nových technologií.
|
|
|
Diagnostika depozice tenkých vrstev připravovaných z dimethylphenylsilanu
Procházka, Michal ; Kudrle, Vít (oponent) ; Krčma, František (vedoucí práce)
Cílem této práce je studium procesů probíhajících během depozice organokřemičitanových tenkých vrstev formou plazmové polymerace. Tenké vrstvy se v poslední době staly nejrozšířenějším způsobem povrchových úprav materiálů. Používají se jako ochranné a funkční vrstvy, mohou zvyšovat nebo snižovat adhezi k různým sloučeninám (např. k vodě), nebo jen zlepšit mechanické vlastnosti silnějších materiálů. Plazmové polymery, které nejsou známy moc dlouho, jsou moderním trendem ve vývoji depozice tenkých vrstev. Vykazují perfektní adhezi k substrátu a jsou vysoce odolné vůči většině chemikálií. Jejich struktura je poměrně odlišná od struktury klasických polymerů. V poslední době se jako prekurzory plazmových polymerů začaly používat organokřemičitany, protože křemík zabudovaný v jejich struktuře umožňuje depozici tenkých vrstev na skleněný substrát a organická část monomeru nám nabízí nekonečné možnosti modifikací. V našem případě jsme jako monomer použili dimethylfenylsilan (DMPS). Diagnostiku plazmatu jsme prováděli optickou emisní spektrometrií indukčně vázaného plazmatu a v jednom případě i kapacitně vázaného plazmatu. Touto metodou je možno stanovit složení plazmatu během depozičního procesu. A tím můžeme podle vstupních parametrů předpovědět i složení deponované tenké vrstvy. Z relativních populací jednotlivých fragmentů jsme schopni zjistit optimální nastavení pro depoziční proces. Je také možno spočítat teploty částic v plazmatu, což nám podá informace o energiích těchto částic. První část této studie se zabývá identifikací částic (fragmentů), které vznikly při fragmentaci monomeru v prostředí plazmatu. Ve spektrech jsme úspěšně identifikovali atomární čáry vodíku Balmerovy série. Byla detekována rovněž řada rotačních čar molekulového vodíku. Atomární uhlík se objevil pouze v malém množství. Daleko více uhlíku bylo zjištěno ve formě CH radikálu. Byly zachyceny i slabé čáry atomárního křemíku. Při použití směsi DMPS s kyslíkem byly ve spektrech přítomny i OH radikál a O2+. Dále bylo stanoveno optimální nastavení depozice pro jednotlivé fragmenty z jejich intenzit v optických emisních spektrech. S využitím těchto informací jsme schopni nastavit depoziční proces tak, aby nanášené vrstvy měly požadované složení a vlastnosti. Z Balmerovy série vodíku jsme spočítali elektronovou teplotu. Rotační teplota byla získána z pásu CH. Bohužel se ve spektrech nevyskytoval žádný vhodný radikál pro výpočet vibrační teploty. Všechny výsledky a informace získané během výzkumu mohou být nadále použity při průmyslových procesech plazmové polymerace a při vývoji nových povlaků a funkčních tenkých vrstev. Je možné, že se i další studie budou zabývat monomerem DMPS či jemu podobnými za účelem získání více vědomostí o procesech v plazmatu a tato práce může sloužit jako podklad pro další výzkum. Nicméně tato studie je i součástí mezinárodního projektu, jehož cílem je prozkoumat procesy během plazmové polymerace jak v teoretické, tak i v praktické rovině. Po dokončení bude projekt a jeho výsledky prezentovány ve vědecké literatuře a na mezinárodní konferenci.
|
|
|
Vliv atomů kovů na dohasínající dusíkové plazma
Bocková, Ivana ; Kudrle, Vít (oponent) ; Krčma, František (vedoucí práce)
Cílem diplomové práce je studium vlivu atomů kovů na dohasínající dusíkové plazma. Dohasínající plazma čistého dusíku je předmětem studií řady prací zabývajících se kinetikou procesů v plazmatu. Ovšem existuje jen velmi málo publikovaných děl, které by objasňovaly kinetiku dohasínajícího dusíkového plazmatu s příměsemi. Tato diplomová práce se proto zabývá problematikou dohasínajícího dusíkového plazmatu s příměsí par rtuti. Veškerá experimentální data byla získána pomocí optické emisní spektroskopie s využitím stejnosměrného výboje v proudícím režimu, čímž lze dosáhnout dobrého časového rozlišení v řádech milisekund. Měření bylo provedeno v rozsahu vlnových délek 320-780 nm a ve spektrech byly identifikovány tyto spektrální systémy: • 1. pozitivní systém dusíku: N2(B) -> N2(A), • 2. pozitivní systém dusíku: N2(C) -> N2(B), • 1. negativní systém dusíku: N2+(C) -> N2+(X), • NO-beta systém: NO(B) -> NO(X). Kromě těchto spektrálních systémů jsme zaznamenali spektrální čáru rtuti na vlnové délce 254 nm (ve spektru prvního i druhého řádu), další rtuťové čáry pozorovány nebyly. Pára rtuti byla do systému zaváděna do vybraných míst časů dohasínání. Byly sestrojeny grafy závislostí intenzit vybraných molekulových systémů dusíku a intenzit spektrálních čar rtuti na čase dohasínání při různých experimentálních podmínkách (tlaku, výkonu výboje, teploty stěny výbojové trubice, čase dohasínání v místě vpouštění páry rtuti do výboje). Data, která byla získána při měření čistého dusíkového plazmatu, byla použita jako reference. Získané výsledky ukázaly, že přítomnost atomů rtuti má podstatný vliv na kinetické procesy probíhající v plazmatu. Zavedeme-li rtuť do dohasínání, je čára rtuti pozorována v okolí místa, kde rtuťové páry vstupují do výboje. Experimentální data ukazují, že intenzita rtuťové čáry je přímo úměrná koncentraci atomů rtuti a můžeme pozorovat saturaci. Energiový diagram hladin rtuti ukazuje, že pozorovaná čára rtuti může být excitována při srážkách s dusíkovými molekulami v základním elektronovém stavu (vibrační hladina 18). Z tohoto důvodu může být rtuť použita pro sledování populace na této vibrační úrovni. Nakonec byl během dohasínání na této hladině získán profil populace dusíkového mestabilního stavu. Prezentovaná práce ukazuje, že atomy rtuti mohou být použity pro sledování jednoho dusíkového metastabilního stavu. Bohužel, současné údaje nejsou dostatečné pro měření absolutních koncentrací uvedeného metastabilu. Také komplexní pochopení kinetiky dusíkového dohasínání je stále otevřeným problémem. Přestože předložená práce přináší dobrý základ pro výzkum, měly by být v budoucnu provedeny další teoretické i experimentální studie.
|
|
|
Diagnostika depozice tenkých vrstev připravovaných z dimethylphenylsilanu
Procházka, Michal ; Kudrle, Vít (oponent) ; Krčma, František (vedoucí práce)
Cílem této práce je studium procesů probíhajících během depozice organokřemičitanových tenkých vrstev formou plazmové polymerace. Tenké vrstvy se v poslední době staly nejrozšířenějším způsobem povrchových úprav materiálů. Používají se jako ochranné a funkční vrstvy, mohou zvyšovat nebo snižovat adhezi k různým sloučeninám (např. k vodě), nebo jen zlepšit mechanické vlastnosti silnějších materiálů. Plazmové polymery, které nejsou známy moc dlouho, jsou moderním trendem ve vývoji depozice tenkých vrstev. Vykazují perfektní adhezi k substrátu a jsou vysoce odolné vůči většině chemikálií. Jejich struktura je poměrně odlišná od struktury klasických polymerů. V poslední době se jako prekurzory plazmových polymerů začaly používat organokřemičitany, protože křemík zabudovaný v jejich struktuře umožňuje depozici tenkých vrstev na skleněný substrát a organická část monomeru nám nabízí nekonečné možnosti modifikací. V našem případě jsme jako monomer použili dimethylfenylsilan (DMPS). Diagnostiku plazmatu jsme prováděli optickou emisní spektrometrií indukčně vázaného plazmatu a v jednom případě i kapacitně vázaného plazmatu. Touto metodou je možno stanovit složení plazmatu během depozičního procesu. A tím můžeme podle vstupních parametrů předpovědět i složení deponované tenké vrstvy. Z relativních populací jednotlivých fragmentů jsme schopni zjistit optimální nastavení pro depoziční proces. Je také možno spočítat teploty částic v plazmatu, což nám podá informace o energiích těchto částic. První část této studie se zabývá identifikací částic (fragmentů), které vznikly při fragmentaci monomeru v prostředí plazmatu. Ve spektrech jsme úspěšně identifikovali atomární čáry vodíku Balmerovy série. Byla detekována rovněž řada rotačních čar molekulového vodíku. Atomární uhlík se objevil pouze v malém množství. Daleko více uhlíku bylo zjištěno ve formě CH radikálu. Byly zachyceny i slabé čáry atomárního křemíku. Při použití směsi DMPS s kyslíkem byly ve spektrech přítomny i OH radikál a O2+. Dále bylo stanoveno optimální nastavení depozice pro jednotlivé fragmenty z jejich intenzit v optických emisních spektrech. S využitím těchto informací jsme schopni nastavit depoziční proces tak, aby nanášené vrstvy měly požadované složení a vlastnosti. Z Balmerovy série vodíku jsme spočítali elektronovou teplotu. Rotační teplota byla získána z pásu CH. Bohužel se ve spektrech nevyskytoval žádný vhodný radikál pro výpočet vibrační teploty. Všechny výsledky a informace získané během výzkumu mohou být nadále použity při průmyslových procesech plazmové polymerace a při vývoji nových povlaků a funkčních tenkých vrstev. Je možné, že se i další studie budou zabývat monomerem DMPS či jemu podobnými za účelem získání více vědomostí o procesech v plazmatu a tato práce může sloužit jako podklad pro další výzkum. Nicméně tato studie je i součástí mezinárodního projektu, jehož cílem je prozkoumat procesy během plazmové polymerace jak v teoretické, tak i v praktické rovině. Po dokončení bude projekt a jeho výsledky prezentovány ve vědecké literatuře a na mezinárodní konferenci.
|
|
|
Optická emisní spektroskopie dohasínajícího plazmatu ve směsi dusík-argon
Žáková, Marie ; Kudrle, Vít (oponent) ; Krčma, František (vedoucí práce)
Studium plazmatu generovaného v čistém dusíku a dohasínání tohoto plazmatu je předmětem mnoha set prací, které přináší celou řadu informací o kinetických procesech a reakcích přenosu excitační energie. Zvláštní postavení má jev označovaný jako „pink afterglow“. Jak z experimentálního tak i z teoretického studia plazmochemických procesů se zjistilo, že řada procesů je citlivá právě na složení plazmatu, a to již za velmi nízkých koncentrací, a na další experimentální podmínky (tlak ve výbojové trubici, teplota, atd.). Proto je nutné tyto procesy podrobně studovat. V experimentální části práce bylo použito stejnosměrného výboje (vzdálenost dutých molybdenových elektrod 12 cm, výkon přibližně 290 ± 10 W) v proudícím režimu. Výboj byl generován v Pyrexové trubici v čistém dusíku a ve směsi dusíku s argonem v širokém rozmezí koncentrací. Celkový tlak byl měněn v rozsahu od 500 Pa do 5000 Pa. Emisní spektra dohasínajícího plazmatu byla měřena pomocí optického spektrometru „TRIAX 550“ s CCD detektorem v rozmezí vlnových délek od 320 do 780 nm. Ze změřených intenzit jednotlivých spektrálních pásů prvního (N2 (B 3g) N2 (A 3u+)) a druhého (N2 (C 3u) N2 (B 3g)) pozitivního a prvního negativního (N2+ (B 2u+) N2+ (X 2g+) systému dusíku byly vypočteny relativní vibrační populace na jednotlivých hladinách. Byly sestrojeny závislosti intenzit jednotlivých systémů na čase dohasínání, relativních vibračních populací na koncentraci argonu a tlaku. Ze získaných závislostí je zřejmé, že při nízkém tlaku byl jev pink afterglow poměrně úzký a s rostoucím tlakem se maximum vyzařování posouvalo k pozdějším časům. Současně se jeho trvání podstatně prodlužovalo. Stejný efekt byl pozorován s nárůstem koncentrace argonu ve směsi. Při nejvyšší koncentraci argonu, zvláště při nízkém tlaku, jev pink afterglow zcela vymizel. V budoucnosti bude nezbytné pokračovat ve studiu procesů, protože jejich znalost může dát řešení všech kinetických reakcí v plazmatu a toho může být použito v plazmochemii a při hledání nových technologií.
|
host ::
RSS.