Дослідження термічної стабільності, оптичних властивостей, фазового та хімічного складу прозорих електропровідних оксидно олов’яних плівок, отриманих піролітичним методом на силікатному флоат-склі

The object of research is transparent conductive coating based on fluorine doped tin oxide deposited on silica float glass by the pyrolytic method. However, both in the manufacturing process of such a coating and in the process of its operation, degradation of its electrically conductive properties is observed. This may be due to changes in the structure of the coating under the influence of certain technological and operational factors, namely: process temperature, holding time, gas environment during the application and operation of a transparent electrically conductive coating. Studies have confirmed a significant increase in electrical conductivity. They also found a slight decrease in the transmittance of transparent oxide-tin films obtained with the introduction of ammonium fluoride as a dopant during the pyrolysis of 1M alcohol solutions of Sn2+ and Sn4+chlorides and are widely used as precursors for the content of such coatings. So, with a ratio of Sn4+/F=10 in working solutions, a minimum of specific surface resistance was fixed at 32 Ohm/m2. At the same time, a decrease in the value of the averaged transmittance in the optical wavelength range of 0.2-6.0 μm by 51 %, and in its visible part (0.4-0.8 μm) by 11 %. It is shown that thermal degradation of the coating is a significant factor in increasing the resistance values both in the technological process and during operational impacts. The results obtained indicate that reheating to temperatures above 450 °C leads to the appearance of the phenomenon of thermal degradation of the electrically conductive properties of the coating. So, during a 1-hour exposure at a temperature of 550 °C, the increase in specific surface resistance increases by 2 times and is fixed at 68 Ohm/m2 after complete cooling. Repeated heating cycles with the indicated parameters lead to a significantly lesser effect, which may indicate stabilization of the processes that occur during thermal destruction of the electrically conductive coating.Объектом исследования является прозрачное электропроводное покрытие на основе допированного фтором оксида олова, осажденного пиролитическим методом на силикатном флоат-стекле. Однако, как в процессе изготовления такого покрытия, так и в процессе его эксплуатации, наблюдается деградация его электропроводящих свойств. Это может быть следствием изменения структуры покрытия под действием влияния некоторых технологических и эксплуатационных факторов. А именно – температуры процесса, времени выдержки, газовой среды в процессе нанесения и эксплуатации прозрачного электропроводящего покрытия. Проведенные исследования подтвердили значительное повышение электропроводности. Они также обнаружили незначительное снижение светопропускания прозрачных оксидно-оловянных пленок, полученных путём введения фторида аммония в качестве допанта при пиролизе 1M спиртовых растворов хлоридов Sn2+ и Sn4+, широко применяющихся в качестве прекурсоров для осаждения таких покрытий. Так, при соотношении Sn4+/F=10 в рабочих растворах зафиксировано минимум удельного поверхностного сопротивления на уровне 32 Ом/м2. При этом, выявлено снижение значения усредненного коэффициента светопропускания в оптическом диапазоне длин волн 0,2–6,0 мкм на 51 %, а в его видимой части (0,4–0,8 мкм) на 11 %. Показано, что существенным фактором увеличения значений сопротивления как в технологическом процессе, так и во время эксплуатационных воздействий является термическая деградация покрытия. Полученные результаты свидетельствуют, что повторный нагрев до температур свыше 450 °С приводит к появлению явления термической деструкции электропроводящих свойств покрытия. Так, в течение 1-часовой выдержки при температуре 550 °С увеличение удельного поверхностного сопротивления увеличивается в 2 раза и фиксируется на уровне 68 Ом/м2 после полного охлаждения. Повторные циклы нагрева с указанными параметрами приводят к значительно меньшему влиянию, что может свидетельствовать о стабилизации процессов, которые имеют место при термической деструкции электропроводящего покрытия.Об’єктом дослідження є прозоре електропровідне покриття на основі допованого фтором оксиду олова, осадженого на силікатному флоат-склі піролітичним методом. Однак, як в процесі виготовлення такого покриття, так і в процесі його експлуатації, спостерігається деградація його електропровідних властивостей. Це може бути наслідком зміни структури покриття під дією впливу деяких технологічних та експлуатаційних факторів, а саме: температури процесу, часу витримки, газового середовища в процесі нанесення та експлуатації прозорого електропровідного покриття. Проведені дослідження підтвердили значне підвищення електропровідності. Вони також виявили незначне зниження світлопропускання прозорих оксидно-олов’яних плівок, отриманих з введенням фториду амонію у якості допанту при піролізі 1M спиртових розчинів хлоридів Sn2+ та Sn4+, що широко застосовуються як прекурсори для тримання таких покриттів. Так, при співвідношенні Sn4+/F=10 у робочих розчинах зафіксовано мінімум питомого поверхневого опору на рівні 32 Ом/м2. При цьому, виявлено зниження значення усередненого коефіцієнту світлопропускання в оптичному діапазоні довжин хвиль 0,2–6,0 мкм на 51 %, а у його видимій частині (0,4–0,8 мкм) на 11 %. Показано, що суттєвим фактором збільшення значень електричного опору як в технологічному процесі, так і під час експлуатаційних впливів є термічна деградація покриття. Отримані результати свідчать, що повторне нагрівання до температур понад 450 °С призводить до появи явища термічної деструкції електропровідних властивостей покриття. Так, протягом 1-годинної витримки за температури 550 °С збільшення питомого поверхневого опору збільшується в 2 рази і фіксується на рівні 68 Ом/м2 після повного охолодження. Повторні цикли нагріву з вказаними параметрами призводять до значно меншого впливу, що може свідчити про стабілізацію процесів, які мають місце при термічній деструкції електропровідного покриття

Дослідження термічної стабільності, оптичних властивостей, фазового та хімічного складу прозорих електропровідних оксидно олов’яних плівок, отриманих піролітичним методом на силікатному флоат-склі

The object of research is transparent conductive coating based on fluorine doped tin oxide deposited on silica float glass by the pyrolytic method. However, both in the manufacturing process of such a coating and in the process of its operation, degradation of its electrically conductive properties is observed. This may be due to changes in the structure of the coating under the influence of certain technological and operational factors, namely: process temperature, holding time, gas environment during the application and operation of a transparent electrically conductive coating. Studies have confirmed a significant increase in electrical conductivity. They also found a slight decrease in the transmittance of transparent oxide-tin films obtained with the introduction of ammonium fluoride as a dopant during the pyrolysis of 1M alcohol solutions of Sn2+ and Sn4+chlorides and are widely used as precursors for the content of such coatings. So, with a ratio of Sn4+/F=10 in working solutions, a minimum of specific surface resistance was fixed at 32 Ohm/m2. At the same time, a decrease in the value of the averaged transmittance in the optical wavelength range of 0.2-6.0 μm by 51 %, and in its visible part (0.4-0.8 μm) by 11 %. It is shown that thermal degradation of the coating is a significant factor in increasing the resistance values both in the technological process and during operational impacts. The results obtained indicate that reheating to temperatures above 450 °C leads to the appearance of the phenomenon of thermal degradation of the electrically conductive properties of the coating. So, during a 1-hour exposure at a temperature of 550 °C, the increase in specific surface resistance increases by 2 times and is fixed at 68 Ohm/m2 after complete cooling. Repeated heating cycles with the indicated parameters lead to a significantly lesser effect, which may indicate stabilization of the processes that occur during thermal destruction of the electrically conductive coating.Объектом исследования является прозрачное электропроводное покрытие на основе допированного фтором оксида олова, осажденного пиролитическим методом на силикатном флоат-стекле. Однако, как в процессе изготовления такого покрытия, так и в процессе его эксплуатации, наблюдается деградация его электропроводящих свойств. Это может быть следствием изменения структуры покрытия под действием влияния некоторых технологических и эксплуатационных факторов. А именно – температуры процесса, времени выдержки, газовой среды в процессе нанесения и эксплуатации прозрачного электропроводящего покрытия. Проведенные исследования подтвердили значительное повышение электропроводности. Они также обнаружили незначительное снижение светопропускания прозрачных оксидно-оловянных пленок, полученных путём введения фторида аммония в качестве допанта при пиролизе 1M спиртовых растворов хлоридов Sn2+ и Sn4+, широко применяющихся в качестве прекурсоров для осаждения таких покрытий. Так, при соотношении Sn4+/F=10 в рабочих растворах зафиксировано минимум удельного поверхностного сопротивления на уровне 32 Ом/м2. При этом, выявлено снижение значения усредненного коэффициента светопропускания в оптическом диапазоне длин волн 0,2–6,0 мкм на 51 %, а в его видимой части (0,4–0,8 мкм) на 11 %. Показано, что существенным фактором увеличения значений сопротивления как в технологическом процессе, так и во время эксплуатационных воздействий является термическая деградация покрытия. Полученные результаты свидетельствуют, что повторный нагрев до температур свыше 450 °С приводит к появлению явления термической деструкции электропроводящих свойств покрытия. Так, в течение 1-часовой выдержки при температуре 550 °С увеличение удельного поверхностного сопротивления увеличивается в 2 раза и фиксируется на уровне 68 Ом/м2 после полного охлаждения. Повторные циклы нагрева с указанными параметрами приводят к значительно меньшему влиянию, что может свидетельствовать о стабилизации процессов, которые имеют место при термической деструкции электропроводящего покрытия.Об’єктом дослідження є прозоре електропровідне покриття на основі допованого фтором оксиду олова, осадженого на силікатному флоат-склі піролітичним методом. Однак, як в процесі виготовлення такого покриття, так і в процесі його експлуатації, спостерігається деградація його електропровідних властивостей. Це може бути наслідком зміни структури покриття під дією впливу деяких технологічних та експлуатаційних факторів, а саме: температури процесу, часу витримки, газового середовища в процесі нанесення та експлуатації прозорого електропровідного покриття. Проведені дослідження підтвердили значне підвищення електропровідності. Вони також виявили незначне зниження світлопропускання прозорих оксидно-олов’яних плівок, отриманих з введенням фториду амонію у якості допанту при піролізі 1M спиртових розчинів хлоридів Sn2+ та Sn4+, що широко застосовуються як прекурсори для тримання таких покриттів. Так, при співвідношенні Sn4+/F=10 у робочих розчинах зафіксовано мінімум питомого поверхневого опору на рівні 32 Ом/м2. При цьому, виявлено зниження значення усередненого коефіцієнту світлопропускання в оптичному діапазоні довжин хвиль 0,2–6,0 мкм на 51 %, а у його видимій частині (0,4–0,8 мкм) на 11 %. Показано, що суттєвим фактором збільшення значень електричного опору як в технологічному процесі, так і під час експлуатаційних впливів є термічна деградація покриття. Отримані результати свідчать, що повторне нагрівання до температур понад 450 °С призводить до появи явища термічної деструкції електропровідних властивостей покриття. Так, протягом 1-годинної витримки за температури 550 °С збільшення питомого поверхневого опору збільшується в 2 рази і фіксується на рівні 68 Ом/м2 після повного охолодження. Повторні цикли нагріву з вказаними параметрами призводять до значно меншого впливу, що може свідчити про стабілізацію процесів, які мають місце при термічній деструкції електропровідного покриття

Розробка вдосконаленої технології отримання графеноподібного покриття методом LPCVD

The object of research in this work was the coating of oxygraphene on a silicon single crystal substrate. In the work, the LPСVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method of deposition from the gas phase at low pressure is used to obtain graphene-like coatings on heat-resistant materials. A feature of the proposed LPCVD method in comparison with the classical method of deposition from the gas phase CVD (Chemical Vapor Deposition) by the method of catalytic decomposition of carbon-containing gas followed by the deposition of a graphene-like coating on a copper template is the use of a higher partial gas pressure, which leads to the deposition of graphene-like waste not only on the surface of the copper template-catalyst, but also in the entire volume of the reaction chamber and the materials introduced into it. A monocrystalline silicon template was used as a model for coating. The resulting coatings of different thicknesses were examined by scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, and density was assessed by helium pycnometry. Based on the analysis of the results obtained using the method of scanning electron microscopy, the possibility of varying the thickness of the oxygraphene coating was shown. In addition, the formation of oxygraphene on a silicon single crystal substrate was confirmed by the Raman spectroscopy method, namely the presence of characteristic peaks in the spectra of the studied materials. Using the helium pycnometry method, a decrease in the density of the coated material from 2.25 g/cm3 to 2.08 g/cm3 was found. It was established that the greater the coating thickness, the lower the density. The general analysis showed that the developed LPСVD technology allows obtaining an oxygraphene coating on materials of any shape, porosity, size and resistant to temperatures above 600 °С in order to functionalize their surface and improve and improve their properties.Об’єктом дослідження в даній роботі було покриття оксиграфену на підкладці монокристалу кремнію. В роботі застосовано метод осадження з газової фази при низькому тиску LPСVD (Low Pressure Chemical Vapour Deposition) для отримання графеноподібних покриттів на термостійких матеріалах. Особливістю запропонованого LPCVD методу в порівнянні з класичним методом осадження з газової фази CVD (Chemical Vapour Deposition) методом каталітичного розкладу карбонвмісного газу з наступним осадженням графеноподібного покриття на мідному темплаті є застосування більшого парціального тиску газу, що призводить до осадження графеноподібного покиття не лише на поверхні мідного темплату-каталізатора, а й у всьому об’ємі реакційної камери та внесених до неї матеріалів. Як модель для нанесення покриття було використано темплат з монокристалічного кремнію. Отримані покриття різної товщини було досліджено методами скануючої електронної мікроскопії, Раманівської спектроскопії та проведено оцінку густини методом гелієвої пікнометрії. На основі аналізу результатів, отриманих з застосуванням методу скануючої електронної мікроскопії було показано можливість варіювання товщини покриття оксиграфену. Крім того, формування оксиграфену на підкладці монокристалу кремнію підтверджено методом Раманівської спектроскопії, а саме присутністю характерних піків в спектрах досліджуваних матеріалів. З використанням методу гелієвої пікнометрії виявлено зниження густини матеріалу з покриттям з 2,25 г/см3 до 2,08 г/см3. Встановлено, що чим більша товщина покриття, тим нижча густина. Узагальнюючий аналіз показав, що розроблена LPСVD технологія дозволяє отримувати покриття оксиграфену на матеріалах будь-якої форми, пористості, розмірів та стійких за температур понад 600 °С з метою функціоналізації їх поверхні та вдосконалення і покращення властивостей

Effect of sintering temperature on structure and properties of highly porous glass-ceramics

Highly porous biomaterials with a structure close to that of cancellous bone have been prepared using biogenic hydroxyapatite and glass of the SiO2-Na2O-CaO system by a replication of the polymer template structure. It has been established that during sintering of the samples the hydroxyapatite decomposes, which involves the formation of glass-ceramics containing phases of renanit NaCaPO4, calcium phosphate silicate Ca5(PO4)2SiO4, calcium pyrophosphate Ca2P2O7 and impurities of hydroxyapatite Ca5(PO4)3(OH). Structural characteristics and mechanical properties of the obtained materials are promising for the replacement of defective cancellous bone

Investigation of Thermal Stability, Optical Properties, Phase and Chemical Composition of Transparent Conductive Tin Oxide Films Deposited by Pyrolytic Method on Silica Float Glass

The object of research is transparent conductive coating based on fluorine doped tin oxide deposited on silica float glass by the pyrolytic method. However, both in the manufacturing process of such a coating and in the process of its operation, degradation of its electrically conductive properties is observed. This may be due to changes in the structure of the coating under the influence of certain technological and operational factors, namely: process temperature, holding time, gas environment during the application and operation of a transparent electrically conductive coating. Studies have confirmed a significant increase in electrical conductivity. They also found a slight decrease in the transmittance of transparent oxide-tin films obtained with the introduction of ammonium fluoride as a dopant during the pyrolysis of 1M alcohol solutions of Sn2+ and Sn4+chlorides and are widely used as precursors for the content of such coatings. So, with a ratio of Sn4+/F=10 in working solutions, a minimum of specific surface resistance was fixed at 32 Ohm/m2. At the same time, a decrease in the value of the averaged transmittance in the optical wavelength range of 0.2-6.0 μm by 51 %, and in its visible part (0.4-0.8 μm) by 11 %. It is shown that thermal degradation of the coating is a significant factor in increasing the resistance values both in the technological process and during operational impacts. The results obtained indicate that reheating to temperatures above 450 °C leads to the appearance of the phenomenon of thermal degradation of the electrically conductive properties of the coating. So, during a 1-hour exposure at a temperature of 550 °C, the increase in specific surface resistance increases by 2 times and is fixed at 68 Ohm/m2 after complete cooling. Repeated heating cycles with the indicated parameters lead to a significantly lesser effect, which may indicate stabilization of the processes that occur during thermal destruction of the electrically conductive coating