|
|
Extended defects in Ga and Al nitrides
Vacek, Petr ; Holec, David (referee) ; Hospodková,, Alice (referee) ; Gröger, Roman (advisor)
III-nitridy běžně krystalizují v hexagonální (wurtzitové) struktuře, zatímco kubická (sfaleritová) struktura je metastabilní a má pouze mírně vyšší energii. Jejich fyzikální vlastnosti jsou silně ovlivněny přítomností rozsáhlých defektů, které jsou v těchto dvou strukturách od sebe odlišné. U wurtzitových nitridů se jedná primárně o vláknové dislokace. Některé vláknové dislokace tvoří hluboké energetické stavy v zakázaném pásu, kterými ovlivňují elektrické a optoelektronické vlastnosti těchto materiálů. Oproti tomu, kubické nitridy obsahují množství vrstevných chyb, které představují lokální transformace do stabilnější wurtzitové struktury. Cílem této práce je charakterizovat rozsáhlé defekty v obou krystalových strukturách pomocí elektronové mikroskopie, mikroskopie atomárních sil a rentgenové difrakce. Prokázali jsme, že vzorky GaN/AlN a AlN s orientací (0001) rostlé na substrátu Si (111) pomocí epitaxe z organokovových sloučenin obsahují velkou hustotu vláknových dislokací. Nejčastější jsou dislokace s Burgersovým vektorem s komponentou ve směru a wurtzitové struktury, následované dislokacemi s Burgersovým vektorem s komponentou ve směru a+c, zatímco dislokace s Burgersovým vektorem s c komponentou jsou relativně vzácné. Pravděpodobný původ vláknových dislokací je diskutován v souvislosti s různými mechanismy růstu těchto vrstev. Prizmatické vrstevné chyby byly nalezeny v tenkých nukleačních vrstvách AlN, ale v tlustších vrstvách již nebyly přítomny. Na rozhraní AlN / Si byla nalezena amorfní vrstva složená ze SiNx a částečně taky z AlN. Navrhujeme, že by tato amorfní vrstva mohla hrát významnou roli při relaxaci misfitového napětí. Analýza elektrické aktivity rozsáhlých defektů v AlN byla provedena pomocí měření proudu indukovaného elektronovým svazkem. Zjistili jsme, že vláknové dislokace způsobují slabý pokles indukovaného proudu. Díky jejich vysoké hustotě a rovnoměrnému rozložení však mají větší vliv na elektrické vlastnosti, než mají V-defekty a jejich shluky. Topografické a krystalografické defekty byly studovány na nežíhaných a žíhaných nukleačních vrstvách kubického GaN deponovaných na 3C-SiC (001) / Si (001) substrátu. Velikost ostrůvků na nežíhaných vzorcích se zvyšuje s tloušťkou nukleační vrstvy a po žíhání se dále zvětšuje. Po žíhání se snižuje pokrytí substrátu u nejtenčích nukleačních vrstev v důsledku difúze a desorpce (nebo leptání atmosférou reaktoru). Vrstevné chyby nalezené ve vrstvách GaN, poblíž rozhraní se SiC, byly většinou identifikovány jako intrinsické a byly ohraničené Shockleyho parciálními dislokacemi. Jejich původ byl diskutován, jako i vliv parciálních dislokací na relaxaci misfitového napětí. Díky velkému množství vrstevných chyb byly podrobněji studovány jejich interakce. Na základě našich zjištění jsme vyvinuli teoretický model popisující anihilaci vrstevných chyb v kubických vrstvách GaN. Tento model dokáže předpovědět pokles hustoty vrstevných chyb se zvyšující se tloušťkou vrstvy.
|
|
|
Modelling and Analysis of Impacts of ABS to Behavior of Vehicle
Holec, Dominik ; Šimek, Václav (referee) ; Strnadel, Josef (advisor)
Bachelor thesis discusses the ABS braking system and its influence on the braking distance of the vehicle. The thesis includes design, description of the development and testing of the model in the UPPAAL verification environment. The resulting model is a system of intercommunicating timed automata. The analysis of the model properties is based on the method of statistical verification. The model allows us to investigate in particular the course and the length of the braking track. Other variables affecting the behavior of the model that can be tracked are skidding, friction coefficient, air resistance, braking force and vehicle speed. It is also possible to obtain the probability of the vehicle stopping within a certain distance under the chosen conditions and examine the impact of ABS on these results.
|
|
|
Extended defects in Ga and Al nitrides
Vacek, Petr ; Holec, David (referee) ; Hospodková,, Alice (referee) ; Gröger, Roman (advisor)
III-nitridy běžně krystalizují v hexagonální (wurtzitové) struktuře, zatímco kubická (sfaleritová) struktura je metastabilní a má pouze mírně vyšší energii. Jejich fyzikální vlastnosti jsou silně ovlivněny přítomností rozsáhlých defektů, které jsou v těchto dvou strukturách od sebe odlišné. U wurtzitových nitridů se jedná primárně o vláknové dislokace. Některé vláknové dislokace tvoří hluboké energetické stavy v zakázaném pásu, kterými ovlivňují elektrické a optoelektronické vlastnosti těchto materiálů. Oproti tomu, kubické nitridy obsahují množství vrstevných chyb, které představují lokální transformace do stabilnější wurtzitové struktury. Cílem této práce je charakterizovat rozsáhlé defekty v obou krystalových strukturách pomocí elektronové mikroskopie, mikroskopie atomárních sil a rentgenové difrakce. Prokázali jsme, že vzorky GaN/AlN a AlN s orientací (0001) rostlé na substrátu Si (111) pomocí epitaxe z organokovových sloučenin obsahují velkou hustotu vláknových dislokací. Nejčastější jsou dislokace s Burgersovým vektorem s komponentou ve směru a wurtzitové struktury, následované dislokacemi s Burgersovým vektorem s komponentou ve směru a+c, zatímco dislokace s Burgersovým vektorem s c komponentou jsou relativně vzácné. Pravděpodobný původ vláknových dislokací je diskutován v souvislosti s různými mechanismy růstu těchto vrstev. Prizmatické vrstevné chyby byly nalezeny v tenkých nukleačních vrstvách AlN, ale v tlustších vrstvách již nebyly přítomny. Na rozhraní AlN / Si byla nalezena amorfní vrstva složená ze SiNx a částečně taky z AlN. Navrhujeme, že by tato amorfní vrstva mohla hrát významnou roli při relaxaci misfitového napětí. Analýza elektrické aktivity rozsáhlých defektů v AlN byla provedena pomocí měření proudu indukovaného elektronovým svazkem. Zjistili jsme, že vláknové dislokace způsobují slabý pokles indukovaného proudu. Díky jejich vysoké hustotě a rovnoměrnému rozložení však mají větší vliv na elektrické vlastnosti, než mají V-defekty a jejich shluky. Topografické a krystalografické defekty byly studovány na nežíhaných a žíhaných nukleačních vrstvách kubického GaN deponovaných na 3C-SiC (001) / Si (001) substrátu. Velikost ostrůvků na nežíhaných vzorcích se zvyšuje s tloušťkou nukleační vrstvy a po žíhání se dále zvětšuje. Po žíhání se snižuje pokrytí substrátu u nejtenčích nukleačních vrstev v důsledku difúze a desorpce (nebo leptání atmosférou reaktoru). Vrstevné chyby nalezené ve vrstvách GaN, poblíž rozhraní se SiC, byly většinou identifikovány jako intrinsické a byly ohraničené Shockleyho parciálními dislokacemi. Jejich původ byl diskutován, jako i vliv parciálních dislokací na relaxaci misfitového napětí. Díky velkému množství vrstevných chyb byly podrobněji studovány jejich interakce. Na základě našich zjištění jsme vyvinuli teoretický model popisující anihilaci vrstevných chyb v kubických vrstvách GaN. Tento model dokáže předpovědět pokles hustoty vrstevných chyb se zvyšující se tloušťkou vrstvy.
|
|
|
First-principles study of interface energies in Fe-Al-based superalloy nanocomposites
Miháliková, Ivana ; Slávik, Anton ; Friák, Martin ; Všianská, Monika ; Koutná, N. ; Holec, David ; Šob, Mojmír
Fe-Al-based nanocomposites with a superalloy-type of microstructure constitute a very promising class of materials. They possess a great potential as an alternative to the currently used steel grades in high temperature applications. Intermetallics-containing nanocomposites, such as those with the Fe3Al compound being one of the phases, may open a way towards future automotive and energy-conversion technologies with lower fuel consumption and reduced environmental impact. We employ quantum-mechanical calculations to analyze relations between ordering tendencies of Al atoms in the disordered Fe-18.75at.%Al phase on one hand and thermodynamic, structural and magnetic properties of Fe-Al-based nanocomposites on the other. When comparing supercells modeling disordered Fe-Al phase with different atomic distribution of atoms we find out that the supercell without 1st and 2nd nearest neighbor Al-Al pairs has a lower energy than that mimicking a perfect disorder (a special quasi-random structure, SQS). Further, coherent interfaces with (001), (110) and (1-10) crystallographic orientations between Fe3Al compound and SQS Fe-Al phase have higher energies than those exhibiting atomic distribution without 1st and 2nd nearest neighbor Al-Al pairs.
|
|
|
Modelling and Analysis of Impacts of ABS to Behavior of Vehicle
Holec, Dominik ; Šimek, Václav (referee) ; Strnadel, Josef (advisor)
Bachelor thesis discusses the ABS braking system and its influence on the braking distance of the vehicle. The thesis includes design, description of the development and testing of the model in the UPPAAL verification environment. The resulting model is a system of intercommunicating timed automata. The analysis of the model properties is based on the method of statistical verification. The model allows us to investigate in particular the course and the length of the braking track. Other variables affecting the behavior of the model that can be tracked are skidding, friction coefficient, air resistance, braking force and vehicle speed. It is also possible to obtain the probability of the vehicle stopping within a certain distance under the chosen conditions and examine the impact of ABS on these results.
|
|
|
Quantum-mechanical study of tensorial elastic and high-temperature thermodynamic properties of grain boundary states in superalloy-phase Ni3Al
Friák, Martin ; Všianská, Monika ; Holec, D. ; Šob, Mojmír
Grain boundaries (GBs), the most important defects in solids and their properties are crucial for many materials properties including (in-)stability. Quantum-mechanical methods can reliably compute properties of GBs and we use them to analyze (tensorial) anisotropic elastic properties of interface states associated with GBs in one of the most important intermetallic compounds for industrial applications, Ni3Al. Selecting the Sigma 5(210) GBs as a case study because of its significant extra volume, we address the mechanical stability of the GB interface states by checking elasticity-based Born stability criteria. One critically important elastic constant, C 55, is found nearly three times smaller at the GB compared with the bulk, contributing thus to the reduction of the mechanical stability of Ni3Al polycrystals. Next, comparing properties of Sigma 5(210) GB state which is fully relaxed with those of a Sigma 5(210) GB state when the supercell dimensions are kept equal to those in the bulk we conclude that lateral relaxations have only marginal impact on the studied properties. Having the complete elastic tensor of Sigma 5(210) GB states we combine Green's-function based homogenization techniques and an approximative approach to the Debye model to compare thermodynamic properties of a perfect Ni3Al bulk and the Sigma 5(210) GB states. In particular, significant reduction of the melting temperature (to 79-81% of the bulk value) is predicted for nanometer-size grains.
|
|
|
Theory-guided design of novel Fe-Al-based superalloys
Friák, Martin ; Holec, D. ; Jirásková, Yvonna ; Palm, M. ; Stein, F. ; Janičkovič, D. ; Pizúrová, Naděžda ; Dymáček, Petr ; Dobeš, Ferdinand ; Šesták, Pavel ; Fikar, Jan ; Šremr, Jiří ; Nechvátal, Luděk ; Oweisová, S. ; Homola, V. ; Titov, Andrii ; Slávik, Ondrej ; Miháliková, Ivana ; Pavlů, Jana ; Buršíková, V. ; Neugebauer, J. ; Boutur, D. ; Lapusta, Y. ; Šob, Mojmír
Our modern industrialized society increasingly requires new structural materials\nfor high-temperature applications in automotive and energy-producing industrial\nsectors. Iron-aluminides are known to possess excellent oxidation and sulfidation\nresistance as well as sufficient strength at elevated temperatures. New Fe-Al-based\nmaterials will have to meet multiple casting, processing and operational criteria\nincluding high-temperature creep strength, oxidation resistance and room-temperature\nductility. Such desirable combination of materials properties can be achieved in multi-phase\nmulti-component superalloys with a specific type of microstructure (the matrix contains\ncoherent particles of a secondary phase - a superalloy microstructure). In order to design\nnew Fe-Al-based superalloys, we employ a state-ofthe-art theory-guided materials design\nconcept to identify suitable combinations of solutes.
|
|
|
Redistribuce napětí a její vliv na precipitaci v mikrostruktuře
Holec, David ; Dlouhý, Antonín
The present study considers two mechanisms that can contribute to the local redistribution of stresses in the microstructure of engineering alloys. The first model takes into account the anisotropy of thermal expansion coefficients and predicts a stress state generated close to a boundary between two differently oriented grains after a temperature change. The second model addresses a stress distribution in a polycrystalline aggregate characterized by anisotropic elastic constants and subjected to the isothermal aging under the assistance of external stress. The influence of local stress states on the selective precipitation of the Ni4Ti3 crystallographic variants in the microstructure of the NiTi shape memory alloy is demonstrated.
|
guest ::
RSS feed.