MIKROSTRUKTURA KERAMIKY

Mikrostruktura užitkového porcelánu

Mikrostruktura korundové keramiky - velikost krystalů 1 – 50 μm

Stabilizace ZrO2 přídavkem Y2O3

Transformačně zpevněná keramika (od mikro struktury k nanostruktuře) PSZ TZP ZTA

Typy transformačně zpevněné keramiky

Mikrostruktura ZTC Mg-PSZ Y-TZP ZTA

Příprava nanokeramiky Prekurzory: - nanočástice- nanoclustery ( 1 – 100 nm) - roztoky anorganických solí - roztoky organokovových sloučenin Příprava startovacích nanoprášků Metoda „bottom up“- syntéza z atomů, molekul chemickou cestou (sol-gel,CVD, redukce a srážení..) Metoda „top down“ desintegrace větších částic vnějšími silami (pyrolýza CO2 laserem, vysokoteplotní plasmatický rozklad, mikrovlnný rozklad…) Tvarování výrobků –lisování, slip-casting, gel-casting, injection moulding, žárové, tlakové slinování (Sušení) Výpal – chem.reakce , slinování , růst zrn

Příprava nanokompozitů v systému ZrO2- Al2O3 Sequence dílčích procesů submikronové prášky + voda nanoprášky nebo sol ↓ mokré mletí v planetárním kulovém mlýně vymrazovací sušárna lisování výpal

Příprava nanokompozitů v systému ZrO2 (nano) - Al2O3 (matrice) a viceversa Výchozí látky Submikronové prášky pro matrici kompozitu: Částečně stabilizovaný ZrO2 (3%Y2O3) S = 8 m2/g, ~ 500 nm Oxid hlinitý S = 16 m2/g, ~ 300 nm Nanoprášky Oxid zirkoničitý S = 35 m2/g, 30 nm Oxid hlinitý S = 99 m2/g, 20 nm Soly Koloidní roztok oxychloridu zirkoničitého 45 nm Aluminium sec.butoxid [C2H5CH(CH3)O]3 Al 85 nm

Nanokompozit ZrO2(nano) / Al2O3 (matrice) výchozí látka sol, T = 1500 0C , hustota = 90-98 %, nanočástice ZrO2 v kompozitu (100-200 nm) potlačují růst krystalů korundu

Nanokompozit ZrO2(nano) / Al2O3 (matrice) výchozí nanočástice ZrO2 20-70 nm , T = 1500 0 C, velikost nanočástic ZrO2 v korundové matrici lokalizovaných na rozhraní mezi zrny korundu cca 100-200 nm

Kompozit Al2O3 (nano) / ZrO2 (matrice) výchozí látka sol, T = 1500 0C , hustota = 90-98 % SEM image of the composite (l) and yttrium stabilised ZrO2 (r) nanočástice korundu (200- 500 nm) neovlivňují růst zrn ZrO2 submikro-kompozit čistý ZrO2

Kompozit Al2O3 (nano) / ZrO2 (matrice) SEM image of agglomerated korundum powder (l) and surface microstructure of the composite (r) Velikost částic korundu v matrici ZrO2 cca 1 μm, materiál má charakter submikro-kompozitu

Současné poznatky o přípravě a vlastnostech nanokompozitů na bázi Al2O3 – ZrO2 Téměř 100% relativní hustoty lze dosáhnout slinováním již při teplotě 1000 0C Transformační teplotu ZrO2(tetra) → ZrO2 (mono) lze snížit až o několik set stupňů Celsia Nanokompozity vykazují zvýšenou pevnost, lomovou houževnatost a tvrdost Lze připravit průhlednou nanokrystalickou keramiku Snížení velikosti částic do oblasti nano vede k vyšší elektrické vodivosti

AlON transparentní keramika

Nanostruktura AlON transparentní keramiky

Příprava transparentní keramiky

Typy a použití transparentní keramiky

Sol-gel nanomateriály na bázi oxidů

Reakce při vzniku produktů na bázi SiO2

Kondenzace v kyselém a v alkalickém prostředí pH < 7 pH > 7

ORMOCERY, ORMOSILY

Příprava nanovrstev metodou sol-gel příprava solu ↓ nanášení na substrát sušení výpal

Nanášení vrstev - metoda spin- coating

Nanovrstvy na bázi SiO2 a TiO2 typ vrstvy složení vrstev 1. Jednosložkové vrstvy SiO2 , vrstvy TiO2 2. Vícesložkové na bázi SiO2 binární, složené z SiO2 a TiO2 SiO2 s polydimethylsiloxanem SiO2 s oxidy přechodných kovů SiO2 vrstvy dopované Ag,Au,Cu 3. Vícesložkové na bázi TiO2 TiO2 vrstvy s oxidy Mn a V TiO2 vrstvy dopované Ag, Au, Cu

Látky pro přípravu solů Složky solů použité chemikálie Prekurzory tetraethoxysilan, tetra-n-butylorthotitanát Rozpouštědla C2H5OH, isopropanol, benzoylaceton, acetylaceton, n-butanol, ethylenglykol Hydrolytická destil.voda, HCl, HNO3, kyselina octová a kondenzační činidla a trichloroctová Aditiva dusičnany Ag,Mn,Cr,Cu, chloridy Au,Cu,Fe polydimethylsiloxan, komerční detergent Triton X 100

Sušení a výpal vrstev SUŠENÍ 60 – 80 0C , 30 min – 1 h VÝPAL atmosféra : vzduch za normálního tlaku Teplota, čas, atmosféra výpalu má rozhodující vliv na vlastnosti

Fázové složení vrstev Vrstvy TiO2 Vrstvy SiO2 skla skla + nanokrystalické fáze Calcinations temperature (°C) Crystalline size (nm)   Anatase Rutile 400 9.6 500 16.1 600 16.8 700 18.6 800 24.5 900 29.1 1000 38.2 42.1 1100 43.8

Nanostruktura vrstev TiO2 Výpal na různé teploty poskytuje nanovrstvy s polykrystalickou nanostrukturou

Vertikální řez vrstvou TiO2 Vrstva připravená trojnásobným potažením 550 0 C, tloušťka cca 200 nm

II. Vlastnosti vrstev OBECNÉ : homogenita, adheze, chemická odolnost, porosita SPECIÁLNÍ : SiO2 vrstvy : index lomu (antireflexe), hydrofobita, absorbce, polovodivost, baktericidní vlastnosti TiO2 vrstvy : index lomu (reflexe), absorbce fotoaktivita, polovodivost, hydrofilita

Refractive index of SiO2- TiO2 films (λ = 550 nm)

Refractive index and porosity of pure TiO2 layers as a function of temperature treatment

Fotodegradační schopnost vrstev TiO2

Úprava smáčivosti povrchu skla původní povrch povrch s vrstvou TiO2

Smáčivost nanovrstev Superhydrofobita γ ≥ 150 0 , hybridní vrstvy SiO2 + org. polymery (např. resiny na bázi formaldehydu) Superhydrofilita γ → 0 , vrstvy na bázi TiO2

Ochrana povrchu skla proti korozi v kyselém prostředí nanovrstvami SiO2 a TiO2

Ochrana povrchu skla nanovrstvami SiO2 a TiO2 proti korozi v alkalickém prostředí

Závislost koncentrace přeživších bakterií na době inkubace (vrstva SiO2+ nanočástice Ag)

Funkčně gradientní fotosenzitivní vrstvy na skle (teplota výpalu 400 0C) Ag + (nanočástice halogenidů) + Cu + ↔ Ag 0 + Cu 2+

Sol pro antireflexní vrstvy pro PC monitory

Fyzikální a fyz.-chem. metody nanášení vrstev Naprašování Vakuové napařování Iontová implantace substrát Kov, keramika,sklo, plasty Kov, keramika, sklo Kov, polovodič, izolátor druh vrstvy Kovy, keramika, sklo, plasty Kovy, keramika,sklo Kovy,sloučeniny depoziční rychlost (μm.min -1) 5 . 10 - 3 10 - 4000 0,01

CdTe filmy pro solární články připravené vakuovým napařováním (účinné jsou filmy připravené za teplot nad 450 0C- potlačen vznik textury s orientací 111)

Bioaktivní nanovrstvy Skelné, skelně-krystalické a keramické vrstvy schopné reagovat se složkami živé tkáně a postupně s nimi vytvářet pevné spojení, nebo se v nich rozpouštět. a-bioinertní, b-bioaktivní vrstva hydroxyapatitu Ca10(PO4)6(OH)2 na kovovém implantátu, c-povrchově aktivní biosklo, d-resorbovatelný Ca3(PO4)2

Amorphous Ca/P layer growth HAP, CHAp crystallisation Princip bioaktivity Bioactive glass Na+, Ca2+ H+, H3O + Glass Si - OH Si-O-Si + H2O Si-OH + HO-Si Exchange of moveable ions Amorphous Ca/P layer growth Ca2+ PO43- CaO-P2O5 Si - OH Glass HAP, CHAp crystallisation OH- CO32- Si - OH Glass HCA

Úprava povrchu Ti hydroxidem sodným a interakce s SBF gel TiO2+Na+ HCl NaOH Inert.atm Ca2+ (CO3)2- (PO4)3- Ca2+ Na+ Ca2+ (CO3)2- (PO4)3- recryst. Body fluid CaO-P2O5

Povrch Ti před a po úpravě hydroxidem sodným gel TiO2 nárůst drsnosti a spec.povrchu

Chem.upravený a v SCS prekalcifikovaný povrch slitiny Ti po 28 dnech v SBF souvislá vrstva HA krystal oktakalcium fosfátu

Chemické složení SCS a SBD SCS : 4,0 Na+, 5,0 Ca2+, 10,0 Cl-, 2,5 H2PO4-, 1,5 HCO3- (mmol.l -1) SBF : Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Cl- HCO3- HPO42- SO42- 142.0 5.0 2.5 1.0 126.0 10.0

Tvorba apatitu na různých substrátech s gelovitým povrchem