Új műszerek a tudomány szolgálatában az Anyagfizikai Tanszéken
Új korszerű szerkezeti anyagok kifejlesztéséhez elengedhetetlen az anyag szerkezetének az atomi skálától a milliméteres skáláig történő részletes feltérképezése. Az ELTE TTK-n mintegy 10 éve működik egy pásztázó elektronmikroszkóp (SEM), amely a hagyományos vizsgálatok mellett lehetővé teszi nanostruktúrák kialakítását ionsugaras porlasztással, valamint az elemösszetétel és a lokális kristály orientáció meghatározását a kb. 10 nanométeres skálán. A műszerbe beépíthető nanodeformációs berendezés segítségével a kutatók képesek néhány mikron átmérőjű úgynevezett "mikrooszlopokat" összenyomni és felvenni a feszültség-deformációs görbét.
A pályázat keretében két új nagyműszer beszerzésére valósult meg, amelyek két irányban terjesztik ki a vizsgálható méretskálát. Az atomerő mikroszkóp (AFM/STM) a felületi morfológia atomi skálájú feltérképezésére ad lehetőséget, emellett lehetővé teszi a vizsgált minta keménységének nanoskálán történő meghatározását is. A másik berendezés egy általános célú röntgen diffraktométer. Ezzel a berendezéssel a hagyományosnak mondható diffrakciós méréseken (összetétel, szemcseméret meghatározás, stb.) kívül a diffrakciós csúcsok alakjának részletes vizsgálatával (vonalprofil analízis) meghatározható a kristályos anyagokban kialakuló hibaszerkezet. Ezen a területen az ELTE Anyagfizikai Tanszék munkatársainak eredményei világszinten eddig is kiemelkedőek voltak. Az újonnan beszerzett berendezésekkel lényegesen javultak a kutatás feltételei, és további világszínvonalú eredmények születhettek.
Az új berendezéseket az alábbi témákban használták a kutatók:
1. Mikron méretű oszlopok deformációs tulajdonságainak vizsgálata, deformációs lavinák, képlékeny instabilitások
Amennyiben a minta mérete 10 um alá esik, a deformáció mechanizmusa lényeges eltérést mutat a „tömbi” esettől. A deformáció során a földrengésekhez sokban hasonló, de a nanométeres skálán lejátszódó lavinaszerű folyamatok figyelhetők meg. A pályázat megvalósítása során sikerült a jelenséget a SEM-be építhető saját fejlesztésű nanodeformációs berendezéssel feltérképezni Zn, ill. Cu mikrooszlopokon.
Deformált Cu mikrooszlop
2. Belsőfeszültség és morfológia meghatározása elektrondiffrakcióval és röntgen vonalprofil analízissel
Az anyagok használata során lényegesen átalakul a kristályhibák által meghatározott mikroszerkezet, amely jelentősen megváltoztathatja a fizikai jellemzőket. Így a mikroszerkezet változásának feltárása alapvető fontosságú. A beszerzett új berendezésekkel részletesen vizsgáltuk deformált Cu egykistályok mikroszerkezetének átalakulását. Egy másik jelentős projekt volt az atomerőművekben használ cirkónium ötvözetek mikroszerkezetének meghatározása röntgen vonalprofil analízissel. A kutatás a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal által támogatott NVKP-16-1-2016-0014 számú CAK projekt keretében valósult meg.
3. Mikroszerkezet vizsgálata nanoszerkezetű anyagokban
A nanoszerkezetű anyagok új lehetőségeket nyitnak az extrém körülményeket (pl. nagy mechanikai szilárdságot) igénylő alkalmazásokban. Az új berendezésekkel számos különbözőképpen előállított nanoszemcsés anyag mikroszerkezetét tudták a kutatók meghatározni a korábbinál nagyobb pontossággal. Többek között vizsgálták új generációs nanopólusú akkumulátor elektródák mikroszerkezetének változását.
4. Hidrogén tárolás, morfológia változása a töltés és leadás következtében
A szilárd fázisú hidrogén tárolás egy igen perspektivikus, viszonylag új lehetőség hidrogénnel hajtott gépjárművekben a hidrogén tárolására. A hatékony hidrogén „töltés” és „leadás” megvalósításának egyik ígéretes módja a nanoszemcsés anyagok alkalmazása. Az új berendezésekkel részletesen feltárták több, különbözőképpen előállított nanoszemcsés anyag mikroszerkezetének változását a többszöri hidrogénfelvétel és -leadás hatására.
