Study of hydrogen interaction with defects in thin metallic films

Abstract

Tenké kovové vrstvy představují zajímavé materiály pro potenciální ukládání vodíku a optické senzory citlivé na vodík. Tenké vrstvy s různou mik- rostrukturou od nanokrystalické po epitaxní mohou být poměrně snadno připra- veny pouhou změnou depozičních parametrů. Depozice multivrstev umožňuje pří- pravu tenkých vrstev s libovolným složením. Defektní struktura hraje důležitou roli při absorpci vodíku. Atomy vodíku se- gregované v defektech s otevřeným objemem snižují jejich formační energii, což vede ke zvýšení koncentrace vodíkem indukovaných defektů v materiálu. Difuze vodíku podél dislokací a hranic zrn navíc usnadňuje absorpci vodíku v krystalové mříži. Tenké vrstvy upnuté na tuhý substrát vykazují anizotropní objemovou ex- panzi během dopování vodíkem. Důsledkem je vytvoření velkých pnutí ve vrstvě, které mohou vyústit v odtržení vrstvy od substrátu. V předkládané práci byla studována absorpce vodíku v Gd a Pd vrstvách a Pd- Mg multivrstvách. Vývoj defektů ve vodíkem dopovaných vrstvách byl zkoumán pomocí metody pozitronové anihilační spektroskopie s proměnnou energií do- plněné difrakcí rentgenového záření, mikroskopií atomárních sil a měřením optické transmitance. Jako...

Thin metallic films are particularly interesting as potential hydrogen storage materials as well as hydrogen sensitive optical sensors. Thin films with various microstructure from nanocrystalline to epitaxial can be relatively easily prepared by varying the deposition parameters. Deposition of multi-layers enables preparation of thin films with arbitrary composition. Defects structure plays a key role in hydrogen absorption. Hydrogen atoms segregated at open volume defects reduce their formation energy leading to enhan- ced concentration of hydrogen-induced defects in the material. Moreover hydrogen diffusion along dislocations and grain boundaries facilitates hydrogen absorption in the metal lattice. Thin films clamped to the stiff substrate undergo anisotropic volume expansion during the hydrogen loading. As a consequence high stresses are induced in the film and can result in detachment of the film from the substrate. In this work hydrogen absorption in Gd and Pd films and Pd-Mg multi-layers was studied. Development of the defect structure of hydrogen-loaded films was investigated by means of variable energy positron annihilation spectroscopy com- bined with X-ray diffraction, atomic force microscopy and optical transmittance measurement. Complementary studies of interaction of hydrogen with defects in...