Využití elektronové mikroskopie pro zkoumání multivrstevných materiálových struktur v podmínkách intenzivních zdrojů tepla

Abstract

Práce se zabývá elektronovou mikroskopií a jejím využitím v materiálových vědách. V první části je popsáno testování vlastností zirkoniových materiálů používaných v jaderné energetice jako nosiče a pouzdra jaderného paliva pro reaktory elektráren v reakci na havarijní stav reaktoru. Na materiál obalující tablety nukleárního paliva v jaderném reaktoru působí spolu se zvýšenou teplotou vodní prostředí vedoucí k vytváření oxidických vrstev i k pronikání kyslíku i vodíku do materiálu, kde jsou tyto prvky schopny změnit jeho vlastnosti. Pro čtyři slitiny bylo provedeno prozkoumání hloubkové koncentrace kyslíku pomocí lokální prvkové analýzy využívající přímo buzené charakteristické rentgenové záření vznikající v materiálu interakcí s elektronovým svazkem a tato koncentrace v závislosti na tepelné historii materiálů porovnána s obsahem vodíku a mechanickými vlastnostmi slitin. Byl stanoven vliv předoxidace a vysokoteplotního zatěžování na obsah kyslíku a korelace množství kyslíku na indentační tvrdost slitin zjištěnou pomocí nanoindentačních měření a velikost základní buňky zirkonia stanovené pomocí rentgenové difrakce. V druhé části se práce soustřeďuje na oblast tenkovrstvých solárních článků, kde je elektronová mikroskopie schopna zobrazit a prozkoumat materiál až na úroveň atomových rovin a spolu s rentgenovou difrakcí a optickými metodami je ze získaných údajů možno stanovit strukturu materiálu a její vliv na pozorované vlastnosti. Tato měření jsou použita na zkoumání tenkých vrstev křemíku oddělených křemíkovým oxidem a nitridem před a po vysokoteplotním žíhání, během něhož v těchto vrstvách začínají růst nanorozměrné krystality křemíku. Tyto krystality působí jako kvantové tečky, u kterých v amorfním okolním materiálu kvantově-rozměrový efekt způsobí změnu velikosti šířky zakázaného pásu, čímž je tento materiál schopen absorbovat fotony s jinou minimální energií. Tato vlastnost z tohoto materiálu činí ideálního kandidáta na laditelné intrinsické vrstvy tandemového solárního článku. Je popsána a zobrazena struktura materiálu pomocí transmisní elektronové mikroskopie a porovnána s informacemi získanými z rentgenové difrakce, kdy je pomocí obou metod stanovena struktura pozorovaných tenkých vrstev, přičemž vliv této struktury na změnu velikosti zakázaného pásu je dokumentován optickými měřeními.