engleski

Structure and thermal stability of nanocrystalline nickel

Nanokristalni nikal (nc-Ni) je vrlo zanimljiv materijal zbog svojih odličnih mehaničkih i korozijskih osobina. S druge strane, ova faza nikla je metastabilna i zagrijavanjem se transformira u uobičajeni krupnozrnati nikal. U ovom radu ispitali smo strukturu i termičku stabilnost nc-nikla pripravljenog postupkom magnetronskog rasprašenja. Tanki filmovi nikla pripravljeni su istosmjernim magnetronskim rasprašenjem na različite dilelektrične podloge (staklo, taljeni kvarc, korund i safir). Rezidualni tlak u radnoj komori bio je u rasponu 10-6 - 10-5 Pa, a radni plin je bio argon u protočnom režimu. Brzina depozicije bila je 7-8 nm/min, a konačna debljina filmova nikla oko 400 nm. Ispitan je utjecaj tlaka argona (0, 33-1, 33 Pa) i temperature podloge (sobna temperatura - 700°C) na strukturu pripravljenih filmova. Struktura pripravljenih i termički tretiranih filmova ispitana je metodom rentgenske difrakcije, dok je površinska topografija ispitana na nanoskopu (AFM). Filmovi nikla deponirani na podloge na sobnoj temperaturi imaju nanokristalnu strukturu: prosječna veličina zrna je u rasponu od 12 nm (pri 1, 3 Pa argona) do 16 nm (pri 0, 35 Pa Ar). Osjetljivost strukture nikla na temperaturu podloge pri depoziciji vidljiva je iz porasta prosječne veličine zrna na oko 75 nm na 150°C, odnosno na 150 nm pri depoziciji na 700°C. Termička stabilnost nc-Ni faze ispitana je izokronim grijanjem uzoraka do 700 °C u vakuumu reda 10-4 Pa kontinuiranim mjerenjem električnog otpora filma. Promjena električnog otpora tijekom prvog grijanja ukazuje na faznu transformaciju oko 170-200 °C - temperaturi koja okvirno odgovara nastupanju abnormalnog rasta zrna u nc-Ni slojevima pripravljenim elektrodepozicijom. Dramatična transformacija odvija se na temperaturama iznad oko 600 °C, pri čemu vrijednost električnog otpora naglo pada, nakon čega temperaturna ovisnost električnog otpora u slijedećim ciklusima grijanje-hlađenje odgovara ponašanju masivnog krupnozrnatog nikla. Rentgenska (Rietveld) analiza potvrđuje da je veličina kristalnih zrna u uzorcima zagrijavanim do 700°C narasla na 75-105 nm.

nanocrystalline nickel; structure; stability

nije evidentirano