Szálszerű nanoszerkezetek vizsgálata mikroszkópos és diffrakciós módszerekkel = Investigation of filament-like nanostructures by microscopic and diffraction methods

Különböző szénhidrogének és bennük oldott metallocének porlasztásos pirolízisével előállított szén nanocsövek vizsgálatával megállapítottuk, hogy xilol szénforrás, illetve ferrocén/nikkelocén keverék esetén állíthatóak elő a legjobb minőségű nanocsövek. Nitrogéntartalmú, bambuszos jellegű szén nanocsöveket állítottunk elő különböző összetételű benzol-piridin keverékek, illetve benzilamin és bennük oldott ferrocén pirolízisével. A csövek pásztázó alagútspektroszkópos görbéje a beépült nitrogén hatására aszimmetrikus, a 0.2 ? 0.8 eV tartományban többletállapotok vannak jelen. A cső mentén haladva a görbe változik, bár a jellege hasonló marad. Kis molekulasúlyú alkoholok és bennük oldott ferrocén alkalmazásával porlasztásos pirolízissel egyfalú szén nanocsöveket sikerült növesztenünk. Mennyiségük a molekulasúly növekedésével csökken, vagyis metanol esetén maximális. Megállapítottuk, hogy víz alatti váltóáramú elektromos ívben történő szén nanocső növesztéskor az elektródák 90°-os szöge esetén lesz a nanocsövek mennyisége a legnagyobb. Különböző rendezetlen szén nanocső hálózatok gáz (gőz)-érzékelési tulajdonságainak összehasonlító vizsgálatával az előállítási módszertől és a funkcionalizálás módjától függő, jelentősen eltérő érzékenységeket tapasztaltunk a különböző, alkalmazott gőzökre. A minták átlagos érzékenysége jellemzően a funkciós csoportok mennyiségével volt arányos. Ionbesugárzás hatására a minták érzékenysége nagyrészt csökkent a korábbi állapothoz képest. | Carbon nanotubes were produced by the spray pyrolysis of different hydrocarbon/metallocene solutions. Best quality tubes can be obtained in case of xylene as carbon source and ferrocene/nickelocene mixture. Nitrogen containing, bamboo shaped carbon nanotubes were produced by the pyrolysis of ferrocene solution in benzene-pyridine mixtures and benzylamine. Scanning tunneling spectroscopy of the tubes showed asymmetric curves with extra states in the 0.2 ? 0.8 eV range as an effect of nitrogen incorporation. Differences could be observed along the tubes but the character of the curves was similar. Single wall carbon nanotubes were grown by the pyrolysis of ferrocene solution in low molecular weight alcohols. The amount of the tubes was the highest in case of methanol and decreased as the molecular weight increased. The amount of carbon nanotubes was found to be the highest when the angle of the graphite electrodes was 90° in case of nanotube growth in underwater AC electric arc. Comparative study of gas sensing properties of random carbon nanotube networks showed significantly varying sensitivities to the applied vapors, depending on the nanotube production method and the way of functionalization. The average sensitivity was typically proportional with the number of functional groups. Ion irradiation of the samples caused in most cases the decrease of the sensitivity

Photoluminescence study of basal plane stacking faults in ZnO nanowires

We have investigated the photoluminescence (PL) of ZnO nanowires (NWs) containing a high density (~1×106 cm-1) of basal plane stacking faults (BSFs). It was observed that the BSFs result in a specific PL peak at ~3.329 eV along with a donor bound excitonic emission (DoX) peak at 5 K. The observed BSF-related emission is of excitonic type and possesses longer PL lifetime than DoX (~360 ps vs. ~70 ps). Via comparison of the microstructural and the PL properties of the ZnO NWs, it is shown that the observed BSF-related emission is due to the formation of crystal phase quantum wells (QWs). This is explained by the fact that BSF in wurtzite (WZ) ZnO is the thinnest segment of zinc blende (ZB) phase ZnO inserted in the WZ matrix, resulting in band alignment of type II due to the conduction and valence band offsets of ZB with respect to WZ ZnO. The mechanism of the BSF related PL is suggested to be an indirect exciton transitions due to the recombination of electrons confined in the ZB QWs to holes in the WZ barriers localized near the BSFs. © 2013 Elsevier B.V. All rights reserved

Széles tiltottsávú félvezető rétegek növekedése, szintézise és mikroszkópiája = Growth, synthesis and microscopy of wide bandgap semiconducting layers

Munkánk során a széles tiltott sávú félvezetők közül a SiC-dal, GaN-del ZnO-dal és kontaktusaikkal foglalkoztunk. Meghatároztuk a jellemző hibákat és a diszlokáció sűrűség értékeket. Sikerült magyarázatot adnunk a gyémánt és SiC illeszkedésére. Zafír hordozóra növesztett ZnO rétegeket vizsgálva megállapítottuk, hogy MgO puffer réteg képes akár teljesen MgOAl2O3 spinel réteggé alakulni, ami csökkenti a misfit-et. Különféle félvezető nanoszerkezeteket állítottunk elő, mint pl. 300 nm hosszú és 15 nm széles szálakból álló Al1-xInxN nanofűvet magnetronos porlasztással. A megfigyelt szerkezetet leírtuk (a koncentráció a nanofű szálainak szélességében változik), hozzá modelt alkottunk és kísérletileg is igazoltuk. Az epitaxiális SiC kristályokat eredményező CO-ban hőkezelt (SiO2-dal borított) Si szeleteket tovább oxidálva azokból többféle nanoszerkezetet állítottunk elő. Mind SiC-hoz, mind GaN-hez készítettünk fém kontaktus rétegeket, melyeket átfogóan vizsgáltunk. Megállapítottuk, hogy a p-tipusú SiC-hoz ohmos kontaktusként használt Ti3SiC2 a Si poláros oldalon alakul ki az Al/Ti kontaktusok hőkezelése során. | During the project wide bandgap semiconductors (like SiC, GaN, ZnO) and contacts to them have been investigated. The characteristic defects and dislocation density values have been determined. An explanation was given for the matching of diamond and SiC.Investigating ZnO layers grown on sapphire with a MgO buffer it was found that the MgO can transform to a MgOAl2O3 spinel, which decreases the misfit. Different semiconducting nanostructures have been prepared, like for example the magnetron sputtered, columnar Al1-xInxN, which has a morphology similar to the grass, therefore we named that as nanograss. The observed structure was described in details (the concentration is changed along the diameter of the columns), a model was created and experimentaly proved. Different nanostructures have been prepared from the SiC nanocrystals formed in CO annealing of oxide covered silicon wafers seprating them from the silicon by further oxidization. Metal contacts have been prepared both to SiC and GaN, which have been investigated in details. On the Al/Ti contacts (used as ohmic contacts to p-type SiC) we have concluded, that Ti3SiC2 phase (responsible for teh ohmic behaviour) is formed on the silicon polar side of SiC, only

Continuous spark plasma synthesis of Au/Co binary nanoparticles with tunable properties

We present here a scalable and environmentally friendly gas phase technique employing atmospheric pressure electrical spark discharge plasmas for the production of Au/Co binaries, an effective catalyst system for the decomposition of hydrogen-rich compounds, such as ammonium borane. We demonstrate that Au/Co alloy nanoparticles can be produced via the spark plasma-based technique. The possibility of varying the morphology and phase structure via real time heat treatment of the generated aerosol to form Au/Co/CoO particles with continuous control over a wide particle compositional range (from 24 to 64 at.% [Co]/([Co] + [Au]) content) is also demonstrated. Since our spark-based approach is proven to be capable of providing reasonable particle yields, these results may contribute to the transition of lab-scale, nanocatalyst-based hydrogen storage systems to real world applications

Nanostructuring of an additively manufactured CoCrFeNi multi-principal element alloy using severe plastic deformation

Please click Additional Files below to see the full abstract

Felületi atomi kölcsönhatások szerepe többfázisú vékonyréteg nanomorfológiák kialakításában = Role of surface atomic interactions in the preparation of thin film multicomponent nanomorphologies

A kutatás redményeként a korszerű technológiákban általánosan alkalmazott többfázisú vékonyrétegek szerkezet-kialakulásának több alapkérdését tisztáztuk laboratóriumi és szimulációs kísérletekkel. A vékonyrétegek szerkezet-kialakulására kidolgozott korábbi modellünket kiterjesztettük többfázisú rétegredszerekre. Ennek alapja a fölös adatomok kinetikai szegregációja az egyes fázisok növekedése során, az elsődleges és másodlagos fázisok képződése, valamint a fázisok versengő növekedése. Elsőként különítettük el közvetlenül az excessive atomok kinetikai szegregációjára és a spinodális szétválásra épülő fázisképződést és egyidejű létezését a Cu-Ag rendszeren. Meghatároztuk az Ag-Cu rendszerben képződő eutektikus fázis nano-szerkezetét, modellt javasoltunk képződésére. Megalkottuk az általunk korábban feltárt lemezes kristálynövekedés modelljét. Kimutattuk, hogy a Cr1-xAlxN rétegek növekedése során az fcc CrN fázisban oldható AlN mennyisége nagymértékben függ a nitrogén perciális nyomásától. Ezt a C#3 szerkezet kialakulásával értelmeztük. A monoréteges növekedés Kinetikus Monte Carlo módszerrel történő szimulációjához az adatomok ugrási gátjára bevezetett új formulánk a helyi kötési energiák mellett figyelembe veszi a lehetséges atomi ugrások új helyén érvényes kötési energiát is. Az eredmények részét képezték hat nemzetközi konferencián és iskolán tartott meghívott összefoglaló előadásnak és több EU projektben új technológiák kidolgozásánál alkalmaztuk azokat. | In the frame of the present project more fundamental phenomena of structure evolution of polyphase thin films applied in the various fields of advanced technologies have been discovered. Our model is considering the formation of excessive species of constituents not consumed by the atom-by-atom building structure of the phases developing locally. The two mechanisms of the phases formation, the nucleation by process induced segregation of excessive species and the spinodal decomposition in solid solution is discovered at first by codepositing Cu and Ag. The structure of the eutectic phase has been determined and a model has been proposed for the structure evolution. The process induced kinetic segregation and nucleation of their phases has been applied in the proposed model of the lamellar growth of the Al crystals Oxygen doped films. It has been shown that the solubility of AlN in the FCC CrN crystals depends sensitively on the nitrogen pressure during the deposition of Cr and Al. This has been interpreted by the formation C#3 phase. For improving the Kinetic Monte Carlo simulation of the monolayer growth of two component systems, a new formula has been proposed for the diffusion barrier of adatoms considering the binding energy at the new site. These results have been incorporated in 6 plenary and invited review presentations in international conferences and schools and have been used in more EU Integrated projects for developing/improving and diagnosis of technologies

Continuous spark plasma synthesis of Au/Co binary nanoparticles with tunable properties

We present here a scalable and environmentally friendly gas phase technique employing atmospheric pressure electrical spark discharge plasmas for the production of Au/Co binaries, an effective catalyst system for the decomposition of hydrogen-rich compounds, such as ammonium borane. We demonstrate that Au/Co alloy nanoparticles can be produced via the spark plasma-based technique. The possibility of varying the morphology and phase structure via real time heat treatment of the generated aerosol to form Au/Co/CoO particles with continuous control over a wide particle compositional range (from 24 to 64 at.% [Co]/([Co] + [Au]) content) is also demonstrated. Since our spark-based approach is proven to be capable of providing reasonable particle yields, these results may contribute to the transition of lab-scale, nanocatalyst-based hydrogen storage systems to real world applications

Structural Characteristics of the Si Whiskers Grown by Ni-Metal-Induced-Lateral-Crystallization

Si whiskers grown by Ni-Metal-Induced-Lateral-Crystallization (Ni-MILC) were grown at 413 °C, intentionally below the threshold for Solid State Crystallization, which is 420 °C. These whiskers have significant common characteristics with whiskers grown by the Vapor Liquid Solid (VLS) method. The crystalline quality of the whiskers in both methods is the same. However, in VLS, a crystalline substrate is required, in contrast to the amorphous one in Ni-MILC for the growth of single crystalline whiskers. Moreover, whiskers grown by VLS have a polygonal cross-section with their diameter determined by the diameter of the hemispherical metallic catalysts. On the other hand, in the Ni-MILC, the cross-section of the whiskers depends on the size of the NiSi2 grain from which they are emanated. This was confirmed by observing the crossing whiskers and the rotational Moiré patterns in the crossing area. The structure of disturbed short and thin nonlinear branches on the side-walls of the whiskers was studied. In the whiskers grown by the VLS method, significant contamination occurs by the metallic catalyst degrading the electrical characteristics of the whisker. Such Si whiskers are not compatible with the current CMOS process. Whiskers grown by Ni-MILC at 413 °C are also contaminated by Ni. However, the excess Ni is in the form of tetrahedral NiSi2 inclusions which are coherent with the Si matrix due to the very low misfit of 0.4% between them. These whiskers are compatible with current CMOS process and Thin Film Transistors (TFTs)