Příprava vrstev černých kovů pomocí PVD technik

Text

Pro přípravu vrstev černých kovů využíváme PVD technik (vakuové napařování, magnetronové naprašování, pulzní laserová depozice). Mezi studované kovy patří např. Au, Al, Ag, Pd. Při přípravě vrstev černých kovů je zkoumán vliv depozičních podmínek a možnosti jejich řízení s cílem dosáhnout požadovaných vlastností. Mezi ovlivňované parametry vrstev patří zejména tloušťka, drsnost, mikro a nanostruktura, které významně ovlivňují poměr plochy a objemu, chování plasmonu, a následně optické a elektrické vlastnosti. Za tímto účelem jsou také vyvíjeny nové depoziční systémy pro magnetronové naprašování a vakuové napařování.

Optické vlastnosti jsou studovány pomocí spektrofotometrie s využitím integrační koule, FTIR a spektrální elipsometrie (UV-IČ). Elektrické vlastnosti jsou charakterizovány pomocí měření vodivosti, Hallova měření a impedanční spektroskopie. Strukturní a mikrostrukturní vlastnosti charakterizujeme pomocí XRD a AFM. Morfologie a složení vrstev je analyzována pomocí SEM a SEM-EDX. Pro charakterizaci objemových defektů se využívá pozitronová anihilační spektroskopie.

Vlastnosti vrstev hliníku
Popis

Vlastnosti vrstev černého hliníku v závislosti na koncentraci dusíku v pracovním plynu během depozice

Pro aplikaci v senzorice, ve spolupráci s VŠCHT v Praze, se předpokládá využití v křemenných krystalových rezonátorech s citlivými vrstvami obsahujícími černé kovy dekorované organickými receptory (ftalocyaniny a porfyriny). Tyto senzory budou využívány pro detekci plynných analytů obsahujících v molekule dusík, a to včetně taggantů výbušnin. Hodnoty jejich mechanických parametrů (střižného modulu pružnosti a akustické impedance) jsou blízké hodnotám pro křemen – v synergii s malým množstvím organických látek, které splní roli receptorů specifických pro daný analyt. Tento přístup sníží mez detekce a zdokonalí selektivitu křemenného krystalového rezonátoru při zachování vysoké hodnoty činitele jakosti.

Black metals QCM
Popis

Princip využití černých kovů v senzorech plynů založených na krystalové mikrováze

Pro aplikaci v optice a optoelektronice je cílem zajistit maximální absorpci elektromagnetického záření v daném rozsahu vlnových délek, kdy difuzní reflektivita nepřekračuje 5 %. Předpokládá se využití struktur jako absorbéry pro detektory, solární panely a displeje. Pro modifikaci vlastností struktur s černými kovy je též zkoumána interakce s intenzivním laserovým zářením.

 

Publikace k tématice:

  1. M. Hruška, J. More-Chevalier, P. Fitl, M. Novotný, P. Hruška, D. Prokop, P. Pokorný, J. Kejzlar, V. Gadenne, L. Patrone, M. Vrňata, J. Lančok:
    Surface Enhancement Using Black Coatings for Sensor Applications
    Nanomaterials, 12, (2022), 4297

  2. M. Romanova, J. More-Chevalier, M. Novotný, P. Pokorný, L. Volfová, P. Fitl, R. Poplausks, Y. Dekhtyar:
    Thermal Stability of Black Aluminum Films and Growth of Aluminum Nanowires from Mechanical Defects on the Film Surface during Annealing
    Phys. Status Solidi B, (2021), 2100467

  3. P. Hruška, J. More-Chevalier, M. Novotný, J. Čížek, O. Melikhova, L. Fekete, M. Poupon, J. Bulíř, L. Volfová, M. Butterling, M.O. Liedke, A. Wagner, P. Fitl:Effect of roughness and nanoporosity on optical properties of black and reflective Al films prepared by magnetron sputtering
    Journal of Alloys and Compounds, 872, (2021), 159744

  4. O. Melikhova, J. Čížek, P. Hruška, F. Lukáč, M. Novotný, J. More Chevalier, P. Fitl, M.O. Liedke, M. Butterling, A. Wagner
    Microstructure and Nanoscopic Porosity in Black Pd Films
    Acta Physica Polonica A 137 (2020) 222-226.
  5. J. More Chevalier, P. Yudin, Ch. Cibert, P. Bednyakov, P. Fitl, J. Valenta, M. Novotný, M. Savinov, M. Poupon, T. Zikmund, G. Poullain, J. Lančok
    Black aluminum-coated Pt/Pb(Zr0.56Ti0.44)03/Pt thin film structures for pyroelectric energy harvesting from a light source
    Journal of Applied Physics 126 (2019) 214501(1)-214501(7).
  6. O. Melikhova, J. Čížek, P. Hruška, M. Vlček, I. Procházka, W. Anwand, M. Novotný, J. Bulíř
    Positron annihilation study of cavities in black Au films
    Journal of Physics: Conference Series 791 (2017) 012018(1)-012018(4).
  7. J. Čížek, O. Melikhova, P. Hruška, M. Vlček, W. Anwand, M.O. Liedke , M. Novotný, J. Bulíř
    Positronium Formation in Nanostructured Metals
    Acta Physica Polonica A 132 (2017) 1579-1584.
  8. M. Novotný, P. Fitl, A. Krasilnikova Sytchkova, J. Bulíř, J. Lančok, P. Pokorný, D. Najdek, J. Bočan
    Pulsed laser treatment of gold and black gold thin films fabricated by thermal evaporation
    Central European Journal of Physics 7 (2009) 327-331.
Na tématu se podílejí