|
|
Plazmochemická depozice vrstev z plynné fáze
Žák, Luboš ; Salyk, Ota (oponent) ; Čech, Vladimír (vedoucí práce)
Diplomová práce se v teoretické části zaměřuje na rešerši současného stavu poznání v oblasti plazmatu, plazmové polymerace a charakterizace tenkých vrstev mikroskopickými a spektroskopickými technikami. Experimentální část popisuje technologii plazmochemické depozice z plynné fáze (PECVD) a vybrané analytické techniky. Vysoká reprodukovatelnost přípravy vrstev je zabezpečena přesným řízením depozičních podmínek, monitorováním plazmatu a analýzou plazmových produktů při použití hmotnostní spektrometrie. Výsledky práce prokázaly souvislost mezi složením, chemickou strukturou, optickými vlastnostmi, mechanickými vlastnostmi materiálu a efektivním výkonem použitým pro depozici vrstev.
|
|
|
Surface free energy of plasma polymers
Klepáčková, Barbora Bella ; Dzik, Petr (oponent) ; Čech, Vladimír (vedoucí práce)
Changes of free surface energy of organosilicon plasma polymers according to their different deposition conditions were studied in this thesis. The free surface energy was evaluated using the Owens-Wendt-Kaelble, Wu and acid-base theory. Four different test liquids were used to determine contact angles (water, form amide, diiodomethane and glycerol). Measuring tetravinylsilane thin films with effective power of 2, 10, 25, 70 and 150 W showed a slightly increasing surface free energy.
|
|
|
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.
|
|
|
Bariérové vrstvy pro ochranu předmětů kulturního dědictví
Procházka, Michal ; Lehocký, Marián (oponent) ; Zahoranová, Anna (oponent) ; Krčma, František (vedoucí práce)
Každý rok je objeveno značné množství archeologických nálezů. Ze země vyzvednuté předměty je potřeba zdokumentovat a zakonzervovat. Archeologové a konzervátoři však nezvládají příliv nově nalezených předmětů zpracovávat. Tato práce nabízí alternativní přístup ke standardním konzervátorským technikám, za současného navýšení procesní kapacity a snížení nákladů na konzervaci předmětů. Studovanou alternativou pro ochranu zejména železných archeologických nálezů jsou tenké vrstvy na bázi parylenu a organokřemičitanů. Vrstvy byly připravovány na dvou experimentálních aparaturách. Parylenové vrstvy se deponovaly metodou chemické depozice z plynné fáze (CVD). Produktem byly vrstvy parylenu C. Organokřemičitanové vrstvy byly nanášeny pomocí plazmatem iniciované chemické depozice z plynné fáze (PECVD). Aparatura pro PECVD využívá kapacitně vázané radiofrekvenčně buzené plazma. Jako prekurzor sloužil hexamethyldisiloxan. Výsledné vrstvy jsou pro svou podobnost s oxidem křemičitým označovány SiOx. Připravené vrstvy byly charakterizovány řadou metod a srovnány se standardními konzervátorskými vrstvami – s tanátovou vrstvou, akrylovým lakem Paraloid B72 a mikrokrystalickým voskem Revax 30. Na železném substrátu vykazovaly parylenové vrstvy výbornou kompaktnost a odolnost vůči korozi. Prvotní známky koroze byly pozorovány po 24 hodinách v solné mlze u vrstev o tloušťce 5 µm. U vrstev SiOx se koroze prudce šířila už během 1. hodiny korozního testu. Pravděpodobná příčina tkví v procesu nanášení, kdy teplota dosahuje 80-100 °C. Vrstva SiOx má jinou teplotní roztažnost než železný substrát a během chladnutí dochází k praskání tenké vrstvy. U standardních vrstev se koroze objevila po 1-3 hodinách testu. Měření rychlosti prostupu kyslíku (OTR) na polypropylénovém substrátu potvrdila dobré bariérové vlastnosti parylenu C. Nejlepší parylenové vrstvy měly OTR 170 cm3•m-2•atm-1•den-1. Vrstvy SiOx dosáhly také dobrých výsledků s OTR přibližně 300 cm3•m-2•atm-1•den-1 v porovnání s čistým substrátem, který měl OTR 1700 cm3•m-2•atm-1•den-1. Standardní konzervátorské vrstvy nebylo možno na polypropylénový substrát nanést a jejich OTR se tedy neměřila. Jiný substrát, kompatibilní pro všechny vrstvy, se nepodařilo nalézt. Studie se zaměřila i na různé kombinace vrstev seskládané do sendvičové struktury. V korozních testech se neosvědčila žádná z nich, všechny substráty korodovaly již během 1. hodiny. Důvodem byla nedostatečná tloušťka vrstev, způsobující jejich nekompaktnost, a také praskliny ve vrstvách způsobené rozdílnou tepelnou roztažností železného substrátu a vrstev SiOx. Přestože vrstvy SiOx nebyly přímo deponovány na substrát, mají výbornou adhezi k parylenu a mohly jej vlivem tepla roztrhat. Měření OTR však zaznamenala značné zlepšení bariérových vlastností. Multivrstva parylenu C – SiOx – parylenu C – SiOx měla OTR 5 cm3•m-2•atm-1•den-1. Výsledkem je, že vrstvy parylenu C mají lepší vlastnosti než standardně užívané vrstvy a jsou tedy vhodné pro konzervaci kovových archeologických nálezů. Vrstvy SiOx a studované multivrstvy se pro ochranu kovových předmětů neosvědčily, mají však dobré bariérové a chemické vlastnosti pro jiné typy substrátů. Zejména ve spojení s polymery mohou najít široké uplatnění, nejen v konzervátorství. Další výzkum by byl zaměřen na nové substráty pro SiOx a na zlepšení UV stability parylenových vrstev.
|
|
|
Bariérové vrstvy pro ochranu předmětů kulturního dědictví
Procházka, Michal ; Lehocký, Marián (oponent) ; Zahoranová, Anna (oponent) ; Krčma, František (vedoucí práce)
Každý rok je objeveno značné množství archeologických nálezů. Ze země vyzvednuté předměty je potřeba zdokumentovat a zakonzervovat. Archeologové a konzervátoři však nezvládají příliv nově nalezených předmětů zpracovávat. Tato práce nabízí alternativní přístup ke standardním konzervátorským technikám, za současného navýšení procesní kapacity a snížení nákladů na konzervaci předmětů. Studovanou alternativou pro ochranu zejména železných archeologických nálezů jsou tenké vrstvy na bázi parylenu a organokřemičitanů. Vrstvy byly připravovány na dvou experimentálních aparaturách. Parylenové vrstvy se deponovaly metodou chemické depozice z plynné fáze (CVD). Produktem byly vrstvy parylenu C. Organokřemičitanové vrstvy byly nanášeny pomocí plazmatem iniciované chemické depozice z plynné fáze (PECVD). Aparatura pro PECVD využívá kapacitně vázané radiofrekvenčně buzené plazma. Jako prekurzor sloužil hexamethyldisiloxan. Výsledné vrstvy jsou pro svou podobnost s oxidem křemičitým označovány SiOx. Připravené vrstvy byly charakterizovány řadou metod a srovnány se standardními konzervátorskými vrstvami – s tanátovou vrstvou, akrylovým lakem Paraloid B72 a mikrokrystalickým voskem Revax 30. Na železném substrátu vykazovaly parylenové vrstvy výbornou kompaktnost a odolnost vůči korozi. Prvotní známky koroze byly pozorovány po 24 hodinách v solné mlze u vrstev o tloušťce 5 µm. U vrstev SiOx se koroze prudce šířila už během 1. hodiny korozního testu. Pravděpodobná příčina tkví v procesu nanášení, kdy teplota dosahuje 80-100 °C. Vrstva SiOx má jinou teplotní roztažnost než železný substrát a během chladnutí dochází k praskání tenké vrstvy. U standardních vrstev se koroze objevila po 1-3 hodinách testu. Měření rychlosti prostupu kyslíku (OTR) na polypropylénovém substrátu potvrdila dobré bariérové vlastnosti parylenu C. Nejlepší parylenové vrstvy měly OTR 170 cm3•m-2•atm-1•den-1. Vrstvy SiOx dosáhly také dobrých výsledků s OTR přibližně 300 cm3•m-2•atm-1•den-1 v porovnání s čistým substrátem, který měl OTR 1700 cm3•m-2•atm-1•den-1. Standardní konzervátorské vrstvy nebylo možno na polypropylénový substrát nanést a jejich OTR se tedy neměřila. Jiný substrát, kompatibilní pro všechny vrstvy, se nepodařilo nalézt. Studie se zaměřila i na různé kombinace vrstev seskládané do sendvičové struktury. V korozních testech se neosvědčila žádná z nich, všechny substráty korodovaly již během 1. hodiny. Důvodem byla nedostatečná tloušťka vrstev, způsobující jejich nekompaktnost, a také praskliny ve vrstvách způsobené rozdílnou tepelnou roztažností železného substrátu a vrstev SiOx. Přestože vrstvy SiOx nebyly přímo deponovány na substrát, mají výbornou adhezi k parylenu a mohly jej vlivem tepla roztrhat. Měření OTR však zaznamenala značné zlepšení bariérových vlastností. Multivrstva parylenu C – SiOx – parylenu C – SiOx měla OTR 5 cm3•m-2•atm-1•den-1. Výsledkem je, že vrstvy parylenu C mají lepší vlastnosti než standardně užívané vrstvy a jsou tedy vhodné pro konzervaci kovových archeologických nálezů. Vrstvy SiOx a studované multivrstvy se pro ochranu kovových předmětů neosvědčily, mají však dobré bariérové a chemické vlastnosti pro jiné typy substrátů. Zejména ve spojení s polymery mohou najít široké uplatnění, nejen v konzervátorství. Další výzkum by byl zaměřen na nové substráty pro SiOx a na zlepšení UV stability parylenových vrstev.
|
|
|
Surface free energy of plasma polymers
Klepáčková, Barbora Bella ; Dzik, Petr (oponent) ; Čech, Vladimír (vedoucí práce)
Changes of free surface energy of organosilicon plasma polymers according to their different deposition conditions were studied in this thesis. The free surface energy was evaluated using the Owens-Wendt-Kaelble, Wu and acid-base theory. Four different test liquids were used to determine contact angles (water, form amide, diiodomethane and glycerol). Measuring tetravinylsilane thin films with effective power of 2, 10, 25, 70 and 150 W showed a slightly increasing surface free energy.
|
|
|
Plazmochemická depozice vrstev z plynné fáze
Žák, Luboš ; Salyk, Ota (oponent) ; Čech, Vladimír (vedoucí práce)
Diplomová práce se v teoretické části zaměřuje na rešerši současného stavu poznání v oblasti plazmatu, plazmové polymerace a charakterizace tenkých vrstev mikroskopickými a spektroskopickými technikami. Experimentální část popisuje technologii plazmochemické depozice z plynné fáze (PECVD) a vybrané analytické techniky. Vysoká reprodukovatelnost přípravy vrstev je zabezpečena přesným řízením depozičních podmínek, monitorováním plazmatu a analýzou plazmových produktů při použití hmotnostní spektrometrie. Výsledky práce prokázaly souvislost mezi složením, chemickou strukturou, optickými vlastnostmi, mechanickými vlastnostmi materiálu a efektivním výkonem použitým pro depozici vrstev.
|
|
|
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.
|
host ::
RSS.