Publikacja prezentuje wyniki realizacji projektu mającego na celu opracowanie technologii wytwarzania warstw węglowo-palladowych, przeznaczonych do zastosowania w czujnikach wodoru. Ciągły monitoring składu atmosfery gazowej w pobliżu źródeł emisji wodoru i jego związków może w znacznym stopniu ograniczyć możliwość skażeń środowiska oraz przeciwdziałać awariom różnych urządzeń badawczych czy przemysłowych, prowadzących do katastrof ekologicznych, a także przyczynić się do poprawy bezpieczeństwa pracy w wielu branżach przemysłowych, takich jak górnictwo, energetyka, petrochemia, motoryzacja, hodowla zwierząt, utylizacja odpadów komunalnych itp. Obecnie do detekcji wodoru powszechnie stosowane są sensory palladowe.
Autorzy kolejnych rozdziałów tej książki omawiają metody otrzymywania warstw o charakterze nanokompozytowym, zbudowanych z nanoziaren palladu umieszczonych w matrycy węglowej z różnych odmian alotropowych węgla, prezentują wyniki badań struktury krystalicznej i molekularnej, morfologii i topografii wybranych materiałów oraz rezultaty badań czułości warstw C–Pd na wodór. Celem tych poszukiwań jest opracowanie metod wytwarzania nanostrukturalnych, kompozytowych warstw węglowo-palladowych na podłożach o różnym typie przewodnictwa elektrycznego i termicznego oraz różnej chropowatości powierzchni (np. Z ceramiki Al2O3, na włóknach SiC, na monokrystalicznym krzemie i materiałach wysokotemperaturowych), co pozwoli na skonstruowanie czujników o rozmiarach i geometrii dostosowanych do przeznaczenia.
Jest to pierwsza polska monografia naukowa na ten temat, dlatego podano tu również informacje podstawowe, co sprawia, że książka ta ma miejscami charakter popularnonaukowy. Kierowana jest jednak głównie do specjalistów – ponad 400 odnośników do literatury światowej umożliwia dotarcie do najnowszych publikacji i orientację co do kierunków rozwoju tej dziedziny na świecie. Adresowana jest również do studentów uniwersytetów i uczelni politechnicznych na kierunkach fizycznych, chemicznych, elektronicznych oraz inżynierii materiałowej, a także do pracowników wyższych uczelni, instytutów naukowo-badawczych oraz małych firm, które planują w swojej działalności wdrażanie nowych technologii i wykorzystanie nowych materiałów.
Rozdział 1. Wstęp – Elżbieta Czerwosz 9
Rozdział 2. Metoda PVD otrzymywania warstw C–Pd – Elżbieta Czerwosz, Joanna Rymarczyk 13
Rozdział 3. Metoda CVD otrzymywania warstw C–Pd – Ewa Kowalska, Kamil Sobczak 24
3.1. Charakterystyka procesu CVD 25
3.2. Modyfikacja warstw C–Pd za pomocą procesu CVD 27
3.3. Optymalizacja parametrów technologicznych procesu CVD 30
3.3.1. Rodzaj podłoża 30
3.3.2. Szybkość dostarczania reagentów w procesie CVD 33
3.3.3. Temperatura procesu CVD 34
3.3.4. Czas trwania procesu CVD 37
3.3.5. Ciśnienie procesu CVD 41
3.4. Wnioski 41
Wybrana literatura 42
Rozdział 4. Synteza spaleniowa nanowłókien SiC – Michał Soszyński 44
Wybrana literatura 52
Rozdział 5. Technologia wytwarzania warstw DLC i DLC/C–Pd – Aleksander Werbowy, Piotr Firek, Mirosław Kozłowski, Jan Szmidt 54
5.1. Przygotowanie powierzchni podłoży do nakładania warstw DLC 57
5.2. Nanoszenie warstw DLC 59
5.3. Układ warstw DLC/C–Pd 61
Wybrana literatura 62
Rozdział 6. Technologia i właściwości kontaktów i mikropołączeń do warstw C–Pd – Piotr Firek. Jerzy Kalenik, Jan Szmidt 64
6.1. Wytwarzanie warstw metali na potrzeby kontaktów elektrycznych 64
6.2. Wpływ parametrów osadzania warstw kontaktowych na ich grubość i chropowatość 65
6.3. Pomiary rezystywności 69
6.4. Metody wytwarzania mikropołączeń drutowych 70
6.5. Wytrzymałość wykonanych mikropołączeń 72
Wybrana literatura 74
Rozdział 7. Badania parametryczne otrzymywania nanowłókien SiC – Michał Soszyński 75
7.1. Układ eksperymentalny 76
7.2. Reakcja spaleniowa 77
7.3. Charakterystyka produktu 80
7.4. Wpływ parametrów na wydajność syntezy spaleniowej 82
7.4.1. Atmosfera spalania 82
7.4.2. Skład substratów 86
7.4.3. Reagenty odpadowe, powiększanie skali procesu 87
7.5. Przygotowanie NWSiC jako podłoża do czujników pracujących w warunkach ponadnormatywnych 89
Wybrana literatura 90
Rozdział 8. Dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego na krystalicznych warstwach C–Pd – Ryszard Diduszko 92
8.1. Podstawy metody XRD 92
8.2. Matryca węglowa – struktury krystaliczne i obrazy dyfrakcyjne różnych odmian materiałów węglowych 94
8.3. Dyfraktogramy octanu palladu (substratu) i metalicznego palladu 98
8.4. Dyfraktogramy warstw C–Pd 99
Wybrana literatura 103
Rozdział 9. Skaningowa mikroskopia elektronowa warstw C–Pd – Mirosław Kozłowski 104
9.1. Budowa skaningowego mikroskopu elektronowego 104
9.2. Podstawowe sygnały wykorzystywane w SEM 106
9.3. Aparatura 115
9.4. Preparatyka 118
Wybrana literatura 120
Rozdział 10. Transmisyjna mikroskopia elektronowa warstw C–Pd – Piotr Dłużewski 122
10.1. Przygotowanie preparatów 132
Wybrana literatura 135
Rozdział 11. Spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera warstw C–Pd – Anna Kamińska, Mirosław Płaza 136
11.1. Podstawy spektroskopii w podczerwieni 136
11.2. Budowa oraz zasada działania spektrometrów FTIR 138
11.3. Spektroskopia transmisyjna w zakresie podczerwieni 140
11.4. Badania ATR 141
11.5. Zastosowanie spektroskopii FTIR do badań warstw C–Pd w obecności wodoru 146
Wybrana literatura 149
Rozdział 12. Spektroskopia ramanowska warstw C–Pd – Małgorzata Suchańska, Justyna Kęczkowska, Radosław Belka 150
12.1. Spektroskopia ramanowska materiałów węglowych 153
12.2. Analiza widm 160
Wybrana literatura 162
Rozdział 13. Badania korelacji mikrostruktury i właściwości optycznych warstw C–Pd oraz alternatywnych struktur SiO –Pd pokrytych warstwami dielektrycznymi – Bartłomiej Witkowski, Sylwia Gierałtowska, Łukasz Wachnicki, Marek Godlewski 164
13.1. Struktury SiO2 – Pd pokryte warstwą HfO2 172
13.2. Struktury SiO2 – Pd pokryte warstwą TiO2 173
13.3 Struktury SiO2 – Pd pokryte warstwą ZrO2 174
13.4. Podsumowanie 174
Wybrana literatura 176
Rozdział 14. Badanie sensorowych właściwości warstw C–Pd – Anna Kamińska, Sławomir Krawczyk 177
14.1. Metodyka pomiarów rezystancji warstw C–Pd 177
14.2. Stanowisko badawcze 180
14.3. Właściwości sensorowe warstw C–Pd 181
14.3.1. Wyznaczanie czułości warstw 182
14.3.2. Określanie granicy wykrywalności wodoru 184
14.3.3. Wyznaczanie czasu odpowiedzi na wodór 184
14.3.4. Określanie selektywności warstw 185
Wybrana literatura 188
Rozdział 15. Metody analizy mikroskopowych obrazów warstw C–Pd – Elżbieta Zając, Przemysław Spurek 189
15.1. Algorytm identyfikacji obiektów na obrazach SEM w trybie LABE 190
15.2. Metoda identyfikacji obiektów na obrazach SEM w trybie SE 193
15.3. Poprawianie wyników analiz przez zastosowanie filtrów 194
15.4. Operacje morfologiczne 194
15.5. Wykrywanie nakładających się obiektów o ustalonym kształcie 195
15.6. Wykrywanie ścieżek przewodzenia 197
15.7. Funkcjonalność programów do analizy zdjęć 198
Wybrana literatura 199
Rozdział 16. Modelowanie przepływu prądu w warstwach C–Pd – Włodzimierz Bielski, Adam Idzik, Piotr Kowalczyk 200
16.1. Homogenizacja 201
16.1.1. Równania dyfuzji 202
16.1.2. Metoda dwuskalowych rozwinięć asymptotycznych 202
16.1.3. Zadanie jednowymiarowe 204
16.2. Oszacowania dla stałych materiałowych 205
16.2.1. Oszacowania Voigta–Reussa 205
16.2.2. Metoda Miltona, Bergmana. Metoda ciągłych przedłużeń analitycznych 206
16.3. Makroskopowe równania ośrodka porowatego nasyconego gazem 207
16.3.1. Przepływ stacjonarny w ośrodku porowatym 207
16.3.2. Relacje makroskopowe 208
16.4. Obliczenia numeryczne 209
16.4.1. Model jednowymiarowy 209
16.4.2. Model dwuwymiarowy 211
Wybrana literatura-213
Rozdział 17. Modelowanie MES niektórych zjawisk fizycznych zachodzących w warstwach C–Pd – Joanna Rymarczyk 214
17.1. Metoda elementu skończonego (MES) 216
17.2. Zastosowanie MES do modelowania właściwości nanomechanicznych 217
17.3. Zastosowanie MES do modelowania termicznych właściwości warstw C–Pd 221
17.4. Zastosowanie MES do modelowania elektrycznych właściwości warstw C–Pd 223
Wybrana literatura 225
Ważniejsze skróty i akronimy 227
Skorowidz 230
Informacje o autorach 234
