Combined three-dimensional sol-gel structures and atomic layer deposited thin films

Abstract

Vedela materjali tahkestamise võimalused on mitmete teiste rakenduste seas omandanud tehnoloogilise tähtsuse kuna nad võimaldab valmistada vedelatest lähteainejugadest tahkeid fiibrilisi kehandeid ehk kiudusid. Käesolevates teesides keskendutakse metallialkoksiidide põhiste vedelikjugade tahkestumisele eesmärgiga sünteesida metalloksiidseid seest õõnsaid fiibreid ehk mikrotorusid. Uuringute põhiobjektiks on 8% üütriumoksiidiga faasistabiliseeritud tsirkooniumi oksiid (8%YSZ), mis on teada-tuntud tehnoloogiline materjal. Sünteesitud materjalid on ligemale 100%liselt tetragonaalses faasis, materjalidel on hea mehaaniline-termiline vastupidavus, kannatades kuumutamist 1000 ˚C ja enam, ning võimaldades näiteks rakenda toru sees 1000 atm ülerõhku. Tulenevalt neist omadustest pakume me torudele välja rea erinevaid rakendusi. Optiline kvaliteet – nanohomogenne materjali struktuur – võimaldab kasutada materjale vastavate lainejuhtidena, näiteks optilise lainejuhtivuse põhiste sensoritena. 8%YSZ torude ioonjuhtivus lubab asuda konstrueerima nende põhiseid ioonmembraanseadmeid, nagu näiteks tahkeoksiidsed kütuselemendid ja gaasisensorid. Teesides on demonstreeritud üksiku toru põhist mikroplasmaseadet, mis võimaldab plasma teket üleatmosfäärirõhulistes tingimustes ja perspektiivis plasmaergastud aktiivsete osakeste suunamist lokaalsesse pinnapunkti. Viimane rakendus võiks olla huvipakkuv näiteks meditsiinis. Keraamiliste mikrotorustruktuuride täiendavaks funktsionaliseerimiseks on näidatud aatomkihtsadestamistehnoloogiate sobilikkust. Magneesiumoksiidkiled sadestati mikrotorude pinnale kasutades β-diketonate tüüpi lähteainet 2,2,6,6-tetramethyl-heptanedionato-3,5magnesium(II). Aatomkihtsadestmine on torude funktsionaliseerimiseks oluline, kuna ta võimaldab torude ühtlast katmist nii seest, kui väljast.

Curing processes enabling transformation of liquid threads into solid fiber material have gained technological importance. The theis are focusing on curing mechanisms for metal alkoxide-derived liquid threads in order to prepare novel structures metal oxide hollow fibres (microtubes). The focus is on YSZ (8% Y2O3 stabilized ZrO2), which exhibits a stable 100% tetragonal phase nanocrystalline structure up to 1000 ˚C. These tubes have excellent mechanical characteristics and can withstand 1000atm pressure inside the tubes. Owing to these and other physical, chemical and mechanical properties, there are many potential applications for these tubes, one example being that the high optical quality of the YSZ tubes could be useful for guiding of light. Ionic conductivity with no electronic component makes these tubes suitable for ionic membrane applications like solid oxide fuel cells (SOFCs) or corresponding gas sensors. We demonstrate a single-tube-based miniature plasma jet device potentially applicable as an ion source for local surface treatment. For the purpose of functionalization, deposition of MgO thin film on nanocrystalline YSZ microtubes was investigated. MgO films were atomic layer deposited from β-diketonate-type precursor 2,2,6,6-tetramethyl-heptanedionato-3,5-magnesium(II).