Search

Heterogeneous photocatalysis involves the use of a semi-conducting material which can be excited by the absorption of light. The most commonly employed photocatalyst material for research and industrial applications is titanium dioxide (TiO2). This is because it is photostable, chemically stable, photoactive, relatively inexpensive and non-toxic. Previous investigations performed in collaboration with researchers of the Lithuanian Energy Institute and Kaunas University of Technology researchers have shown that titanium films immersed into water vapor plasma are oxidized, surface is highly hydroxylated and chemically reactive. Research performed during 2012 revealed the evidence of the photocatalytic water splitting on the surface plasma oxidized titanium films under plasma radiation. We fabricated the hydrogenated nanocrystalline TiO2 thin films on the basis of a conceptually different approach. Titanium 0.2 - 0.7 μm thick films were sputterdeposited on silicon substrates and then treated in low-pressure (5 - 10 Pa) water vapor plasma at room temperature under continuous injection of water cloud vapor into vacuum chamber from the heated water container. The changes of microstructure, phase composition, elemental composition and surface morphology were investigated in dependence on the water vapor pressure, power dissipated in plasma and treatment duration. The following water splitting mechanism is suggested. When the surface of the oxidized titanium is in contact with the... [to full text]

Klasteris „Darni hibridinė energija“ vienija VDU Fizikos bei Matematikos ir statistikos katedrų dėstytojus, doktorantus ir studentus bei Lietuvos energetikos instituto (LEI) tyrėjus. Pagrindinis klasterio tikslas – sukurti naujas fundamentinių ir taikomųjų mokslo žinias, kurios sudarytų mokslines prielaidas žaliajai energijai skverbtis į Lietuvos pramonę, didintų energetinį jos saugumą ir patikimumą vietinių ir atsinaujinančių energijos išteklių platesnio panaudojimo sąskaita ir mažintų socialines įtampas. Pateikti eksperimentiniai tyrimai atlikti LEI vandenilio technologijų tyrimų centre. Titanium oxide is an important material in both the energy and environmental applications, ranging from photovoltaics and photocatalysis to photo/electrochromics and sensors. Recently [S. S. Mao, X. Chen, L. Liu and P. Y. Yu, Science 331 (2011) 746], it has been shown that titanium oxide modified with hydrogen demonstrates properties attractive for photocatalytic under visible light applications. To enhance solar absorption we fabricated the double-layered hydrogenated-TiO2/Ti nanocrystalline thin films on the basis of a conceptually different approach performing oxidation of Ti thin films in water vapor plasma under continuous highflux, low energy ion irradiation at room temperature [L. L. Pranevicius, D. Milcius, S. Tuckute, K. Gedvilas, Preparation of hydrogenated-TiO2/Ti double layered thin films by water vapor plasma treatment, Appl. Surf. Sci. (2012), http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.05.061]. It is demonstrated that the near-surface region of plasma treated Ti film is converted into the hydrogenated nanocrystalline TiO2.

Autoriai rašydami šią knygą siekė apibendrinti kompleksinių mokslinių tyrimų, vykdytų sprendžiant vandenilio saugojimo plonasluoksniuose hidriduose problemas ir atliktų 1999-2011m.m., rezultatus. Darbe akcentuojamos plazminės technologijos, leidžiančios valdyti nanomedžiagų struktūrą ir siekti kuriamų medžiagų daugiafunkcionalumo ir savybių, kurios nepasiekiamos naudojant kitas technologijas. Knygoje aprašyti tyrimai atlikti bendradarbiaujant su šiais pasaulio mokslo centrais: Sandia nacionaline laboratorija (JAV), Poitiers universiteto Fizikinės metalurgijos laboratorija, Rossendorfo-Dresdeno tyrimų centru, Europos Komisijos Jungtinių tyrimų centru (Nyderlandai) ir kitais. Naudoti finansiniai šaltiniai integruoja tarptautinius dvišalius projektus ir Europos Sąjungos projektus nuo 1999 iki 2010 m., taip pat šiuos svarbiausius Lietuvos valstybės remiamus tiriamuosius darbus: (i) moksliniai tyrimai nanotechnologijoms kurti prioritetinėje Lietuvos mokslinių tyrimų ir eksperimentinės plėtros kryptyje (2008–2010) tema „Daugiafunkcinių medžiagų heterostruktūrų vandenilio kuro elementams sintezė“ ir (ii) nacionalinės mokslo programos „Ateities energetika“ (2010–2011) projektai „Vandenilio gavyba iš vandens garų plazmos molekulinės implantacijos būdu“ (ATE-10008) ir „Energetinio saugumo analizės ir integruoto saugumo lygio vertinimo metodikos sukūrimas ir tyrimas“ (ATE-10022). The authors of this book aims to improve our knowledge of how nanomaterials are useful for modern hydrogen storage technologies. Although an effort has been made to present the fundamentals of theory and experiment that would have an enduring value, this book represents only the present state of knowledge. The purpose of this book is to make information available on the use of plasma technologies for development of new nanomaterials with the required properties for energy applications. Our attention is concentrated to the thin film materials used for hydrogen storage. It summarizes research results of a number of international, supported by European and bilateral agreements, and national, supported by Lithuanian Science Foundation and host institutions, projects performed at the Lithuanian Energy Institute and Vytautas Magnus University during 1999-2010 with participation of leading institutions from abroad, such as Sandia National Laboratory (USA), Poitiers University (France), Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (Germany), EU Joint Research Centre (the Netherlands) and others. This work was partially supported by the Lithuanian Research Foundation project “Development of multifunctional material heterostructures for hydrogen fuel cells” (2008-2010) and the projects of the National Research Programme “Future Energy” (2010-2011) ATE-10008 and ATE-10022.

Monography addresses the hydrogen plasma interaction with tungsten coatings problems relevant for fusion applications. The emphasis is made on the studies of tungsten, affected by redeposited carbon, erosion and mechanical properties. Monografija apibendrina vandenilio plazmos sąveikos su volframo dangomis tyrimus, susijusius su jų panaudojimu termobranduolinės sintezės reaktoriuje. Akcentuojami rezultatai, gauti nagrinėjant anglies priemaišų, patenkančių ant volframo paviršiaus iš vandenilio plazmos, poveikį dangų erozijos greičiui ir jų mechaninėms savybėms.

Darbe atlikta literatūros analizė šių procesų: (i) vykstančių vandens garų plazmoje; (ii) titano dangų oksidacija vandens garų plazmoje ir (iii) titano dioksido fotokatalitinės ir hidrofilinės savybės. TiO2 dangos buvo gautos po titano dangų ekspozicijos H2O garų plazmoje. Tyrimai parodė, kad TiO2 danga vandens garų plazmos aplinkoje formuoja elektrocheminį elementą. Darbe tirtos plazma aktyvuotos vandens skaldymo reakcijos. Parodyta, kad susidarę protonai pernešami per kietą TiO2 elektrolitą, o elektronai migruoja per plazmoje susiformavusią išorinę grandinę. Proceso metu dangos paviršinis sluoksnis formuojasi į TiO2–SiO2 kompozitą. Nors procesai vyksta žemoje temperatūroje, gauti rezultatai parodė masės pernešimo reiškinius, būdingus aukštoms temperatūroms. Pateikti nagrinėtų procesų mechanizmai. Darbo metu bandinių eksperimentinė analizė atlikta elektroninės dispersinės spektroskopijos (EDS), rentgeno spindulių difrakcijos (RSD), Auger elektroninės spektroskopijos (AES), skenuojančio elektroninio mikroskopo (SEM), optinės mikroskopijos ir kontaktinio profilometro metodais. Processes in water vapor plasma, titania film oxidation in water vapor plasma and titanium dioxide photocatalytic and hydrophilic properties are discussed in this paper. Titatium dioxide thin films were obtained after titanium thin film exposure in water vapor plasma. Specimen together with H2O plasma forms electrochemical cell. In plasma film surface is activated and photocatalytic water splitting reactions occurs. Generated hydrogen ions are transported through solid titanium electrolyte and electrons are conducted to an external circuit via plasma. Titanium dioxide films surfaces are converted into composited composed of TiO2 and SiO2. Although oxidation process occurs in room temperature results showed mass transfer processes which occurs in high temperature. Specimens were analysed by electron dispersion spectroscopy (EDS), (X-ray diffraction (XRD), Auger electron spectroscopy (AES), glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES), scanning electron microscopy (SEM), optical microscopy and nanoprofilometer methods.

Torefikacija yra perspektyvi biomasės apdirbimo technologija, leidžianti pagerinti biomasės fizikines savybes, kartu sumažinti išlaidas skirtas biomasės smulkinimui. Torefikuota biomasė gali būti panaudojama esamose anglimi kūrenamose elektrinėse, ją santykine dalimi maišant su įprastomis anglimis, taip sumažinant CO2 kiekį išsiskiriantį deginant iškastinį kurą (Kioto protokolas). Šiuo metu trūksta mokslinių tyrimų ir duomenų apie torefikacijos panaudojimą agrokultūrų atliekoms (šiaudams) apdirbti, pagaminant naują energetiškai patrauklų kurą pasižymintį unikaliomis savybėmis. Pagrindinis šio darbo tikslas buvo ištirti ir įvertinti iš skirtingų biomasės rūšių pagaminto torefikuoto kuro savybes ir torefikacijos proceso sąlygas. Tam būtina sąlyga: bandomojo torefikacijos reaktoriaus sukūrimas. Sauso kuro aukštutinė degimo šiluma nustatymo (HHV), anglies, vandenilio, azoto, sieros, chloro, lakiųjų organinių junginių kiekio, peleningumo ir pelenų lydumo, masės išeigos, energijos našumo, energetinio tankumo, reaktoriaus patikimumo lyginant su TGA, lakiųjų organinių junginių sudėties ir hidrofobiškumo testai – tai pagrindiniai parametrai kurie buvo nustatinėjami atliekant šį darbą. Torefikacijos procesas buvo atliekamas azotinėje aplinkoje, prie skirtingų temperatūrų (250 °C, 280 °C, 300 °C), bandinį reaktoriuje išlaikant 30 minučių, plius papildomas išlaikymas 10 minučių naudojant 300 °C. Gauti rezultatai leidžia teigti, kad po torefikacijos proceso medžiaga turi didesnę sausojo... [toliau žr. visą tekstą] Torrefaction is a promising fuel pre-treatment technology for biomass, as it improves the physical characteristics, reduces the energy consumption for grinding, improves the co-firing process due to more stable characteristics of this fuel. However, there is still lack of data on torrefaction of agricultural waste which have more unequal composition. The aim of this work was to create fixed bed reactor for torrefaction process and investigate the dependence of properties of formed torrefied products on various biomass materials and process conditions. HHV, amounts of C, H, N, S, Cl, VOC, ash content and ash melting behavior, mass and energy yields, energy density, reactor reliability comparing with TGA results and composition of VOC analysed with TGA-GC/MS, hydrophobicity test were studied as the main factors for comparison. Torrefaction was carried out in the nitrogen environment at variuos temperatures (250°C, 280°C, 300°C) for 30 min and for 10 min at 300 °C too. HHV of woody and agricultural waste after torefaction was increased as energy density too (which allows cheaper logistics), also was found that torrefied material has better hydrophobic properties, biodegradation slows down, material is easy to grind. Determining energy yield for each type of biofuel, assess to find most suitable conditions for torrefied biofuel production. It was found that torrefaction solves one of the major straw as biofuel problems: it’s large amount of sulfur and chlorine levels. Torrefied... [to full text]

Vandenilio, kaip energijos nešėjo gavyba ir saugojimas yra iki šiol neišspręsta problema. Viena iš perspektyvių vandenilio gavybos iš vandens technologijų yra katalitinis vandens skaidymas TiO2 paviršiuje. Šiame darbe nagrinėjama titano dioksido dangų formavimas plazmoje. Plazma formuojama vandens garuose, gauti jonai greitinami elektriniame lauke ir implantuojami į titano tūrį. Tai termodinamiškai nepusiausvyrinis procesas, kurio metu inicijuojama daug kitų procesų, keičiančių medžiagos paviršiaus sudėtį ir struktūrą. Darbe pristatomas fenomenologinis, vienadimensinis plazmos sąveikos su medžiaga modelis, medžiagos paviršinio sluoksnio elementinės sudėties kinetikos modeliavimui. Modelis įvertina keletą vienalaikių medžiagos sąveikos su plazma procesų, tokių kaip joninė implantacija, paviršiaus joninė erozija, adsorbcija, terminė difuzija. Didžiausias dėmesys šiame darbe buvo skiriamas difuzijai ir joninei implantacijai, kaip pagrindiniams masės pernešimo procesams su plazma sąveikaujančios medžiagos tūryje. Buvo pateikta keletas alternatyvių šiuos procesu aprašančių modelių. Darbe pateikiami deguonies koncentracijos profiliai titane, gauti po sąveikos su jonų pluošteliu suformuotu vandens garų plazmoje. Taip pat pateikiamas modelio taikymas šių eksperimentų modeliavimui. Gauti rezultatai taikant skirtingus modelius palyginti tarpusavyje, taip pat su eksperimento rezultatais. The production and storage of hydrogen as energy carrier is still unsolved problem. One of the most promising hydrogen production technologies is water catalysis reaction on the surface of TiO2. In this work formation of TiO2 films in plasma is studied. Plasma is initiated in water vapour, obtained ions are accelerated in electric field and implanted into the bulk of titanium. It is thermodynamically non-equilibrium process by which many other plasma-material interaction processes occur. The one-dimensional, phenomenological model of ion beam interaction with solids, for the simulation of material surface composition kinetic during the process is presented. Few ion beam–material interaction processes are considered in the model, such as ion implantation, sputtering, adsorption, thermal diffusion. The main attention in this work has been paid to the processes of diffusion and ion implantation, as they are the main mass transport processes. Several alternative models for these processes have been proposed. The experimental oxygen concentration profiles in titanium after irradiation of water vapour plasma are presented. The model has been applied for the simulation of this experiment. Results obtained by different models have been compared.

Šiame darbe apžvelgiama plazmos savybės, jonų ir atomų sąveika su kietų kūnų paviršiais, balistiniai procesai. Aptarti plonų dangų nusodinimo metodai, titano dioksido (TiO2) panaudojimo galimybės ir fotokatalitinis efektas. TiO2 yra plačiai naudojamas pramonėje dėl savo gerų mechaninių, elektrinių ir optinių savybių. Magnetroninis dulkinimas buvo pasirinktas dangų formavimo procese. Darbo tikslas – oksiduoti titano dangas reaktyvioje vandens garų plazmoje naudojant joninio implantavimo technologiją ir paaiškinti deguonies bei vandenilio judėjimo mechanizmą Ti dangose. Bandiniai paveikti skirtingos galios plazma, oksidavimo laikai nevienodi. Prieš ir po sąveikos su plazma dangos analizuotos šiais metodais: SEM, EDS, GDOES, AES, XRD. Pagal gautus rezultatus darbe gilintasi į skirtingo storio dangų oksidavimo mechanizmus. In this paper plasma properties, ions and atoms interaction with solids is explained as well as ballistic processes. Thin films deposition methods, TiO2 characteristics and photocatalytic effect is discussed. Titanium oxide is widely used in industry for its good mechanical, electrical and optical properties. Physical vapor deposition is a method that enables us to obtain the layers with desirable properties. The aim of this research is to oxidize titanium using water vapor plasma immersion ion implantation (PIII) technology and to develop the mechanism of oxygen and hydrogen transport in Ti film. Samples were fabricated after different power and duration of plasma treatment. All of them have been analyzed by nanoprofilometer, SEM (scanning electron microscopy), EDS (energy dispersive X – ray spectroscopy), AES (Auger electron spectroscopy), GDOES (glow discharge optical emission spectroscopy) and XRD (X – ray diffraction). The oxidation mechanism of Ti films with different thicknesses is discussed on the basis of the obtained experimental results.

The dissertation investigates the optical time domain reflectometer (OTDR) systems. The main object of research is an optical receiver for OTDR. The aim of the work is to create an optical receiver design method-ology to achieve optimal dynamic range of the system for a given band-width, design and investigate integrated fully differential variable gain tran-simpedance amplifier for OTDR optical receiver. Main tasks solved in this work are: perform analysis of OTDR struc-tures, main specifications and suggest possible improvement approaches; analyze main optical receiver noise sources and noise minimization and create generalized noise model; create optical receiver for an OTDR design methodology, that allow calculating avalanche photodiode multiplication factor, transimpedance amplifier feedback resistance and voltage amplifier input transistor dimensions that achieves optimal OTDR dynamic range; design and perform simulations of transimpedance amplifier integrated cir-cuit using AMS 0.35 µm CMOS technology and calculate optical receiver parameters in 0.1–100 MHz range of bandwidths The dissertation consists of four parts including Introduction, 4 chap-ters, Conclusions, References and 1 Annex. The introduction reveals the investigated problem, importance of the thesis and the object of research. It also describes the purpose and tasks, research methodology, scientific novelty, the practical significance of re-sults examined in the paper and defended statements. The... [to full text] Disertacijoje nagrinėjamos laiko srities optinės reflektometrinės (OTDR) sistemos. Pagrindinis tyrimo objektas yra OTDR įėjimo pakopa – optinis imtuvas (OI). Disertacijos tikslas – sukurti OI projektavimo metodiką, lei-džiančią pasiekti optimalų dinaminį diapazoną, suprojektuoti ir ištirti integ-rinį diferencinį pereinamos varžos stiprintuvą (PVS) su kintamu stiprinimo koeficientu. Darbe sprendžiami šie uždaviniai: atliekama OTDR ir jų pagrindinių charakteristikų analizė ir formuluojamos tobulinimo kryptys; analizuojami pagrindiniai optinio imtuvo triukšmų šaltiniai, jų mažinimo galimybės ir su-daromas apibendrintas optinio imtuvo triukšmų modelis; sukuriama OI pro-jektavimo metodika, leidžianti apskaičiuoti griūtinio fotodiodo dauginimo faktorių, pereinamosios varžos stiprintuvo grįžtamojo ryšio varžą ir įėjimo tranzistoriaus fizinius matmenis, kuriems esant gaunamas optimalus dina-minis diapazonas; projektuojamas optinio imtuvo maketas iš diskrečiųjų elementų ir tiriami jo parametrai; atliekamas integrinio PVS projektavimas ir modeliavimas, taikant 0,35 µm KMOP technologiją bei optinio imtuvo pa-rametrų skaičiavimas 0,1–100 MHz dažnių juostų diapazone. Disertaciją sudaro įvadas ir keturi skyriai. Pabaigoje pateikiami naudo-tos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai ir 1 priedas. Įvadiniame skyriuje aptariama: tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, suformuluotas darbo tikslas bei uždaviniai, ap-rašoma tyrimų metodika... [toliau žr. visą tekstą]

The dissertation examines topics related to the formation of supercapacitors using plasma technology and their analysis. Plasma spray technology was used to form supercapacitors electrodes. Carbon was deposited on stainless steel surface using the atmospheric pressure argon-acetylene plasma. The deposition of nickel oxide on the surface of carbon electrodes was made using magnetron sputtering method. The influence of acetylene amount to the supercapacitors electrodes and the electrical characteristics of the structure were estimated. The nickel oxide influence to the electrical parameters of supercapacitor carbon electrodes, structure and microrelief was assessed too. The etching of carbon electrodes surface with oxygen plasma was performed and its impact on the capacitors electrical parameters and carbon electrode structure was evaluated. Mathematical modeling was used to theoretically estimate the influence of oxygen plasma to the supercapacitor carbon electrode surface microrelief. The anisotropic growth of carbon surface relief and isotropic surface erosion mechanism was theoretically explained. The impact mechanism of the acetylene content and plasmatron power to the carbon electrode structure and electrical parameters was qualitatively explained. The mechanism for understanding the influence of NiO content on the carbon electrodes to the supercapacitor electrical parameters and electrode structure was proposed. Disertacijoje nagrinėjama tematika yra susijusi su superkondensatorių formavimu ir jų tyrimais naudojant plazmines technologijas. Superkondensatorių elektrodams formuoti panaudota plazminio purškimo technologija. Anglis ant nerūdijančio plieno paviršiaus užnešta panaudojant atmosferinio slėgio argono-acetileno plazmą. Nikelio oksidui nusodinti ant anglies elektrodų paviršiaus panaudotas magnetroninio garinimo metodas. Įvertinta acetileno kiekio įtaka superkondensatorių elektrinėms charakteristikoms ir elektrodų struktūrai. Tai pat įvertinta nikelio oksido kiekio įtaka superkondensatorių anglies elektrodų elektriniams parametrams, struktūrai bei mikroreljefui. Atliktas anglies elektrodų paviršiaus ėsdinimas deguonies plazma ir įvertintas jo poveikis kondensatorių elektriniams parametrams ir anglies elektrodų struktūrai. Matematiniu modeliavimu teoriškai įvertinta deguonies plazmos įtaka superkondensatorių anglies elektrodų paviršiaus mikroreljefui. Teoriškai pagrįstas anglies dangos reljefo anizotropinis augimas ir izotropinės paviršiaus erozijos mechanizmas. Kokybiškai paaiškintas acetileno kiekio ir plazmotrono galios įtakos mechanizmas anglies elektrodų struktūrai ir elektriniams parametrams. Pasiūlytas mechanizmas, aiškinantis NiO kiekio, esančio ant anglies elektrodų, įtaką superkondensatorių elektriniams parametrams ir elektrodų struktūrai.

Disertacijoje nagrinėjama tematika yra susijusi su superkondensatorių formavimu ir jų tyrimais naudojant plazmines technologijas. Superkondensatorių elektrodams formuoti panaudota plazminio purškimo technologija. Anglis ant nerūdijančio plieno paviršiaus užnešta panaudojant atmosferinio slėgio argono-acetileno plazmą. Nikelio oksidui nusodinti ant anglies elektrodų paviršiaus panaudotas magnetroninio garinimo metodas. Įvertinta acetileno kiekio įtaka superkondensatorių elektrinėms charakteristikoms ir elektrodų struktūrai. Tai pat įvertinta nikelio oksido kiekio įtaka superkondensatorių anglies elektrodų elektriniams parametrams, struktūrai bei mikroreljefui. Atliktas anglies elektrodų paviršiaus ėsdinimas deguonies plazma ir įvertintas jo poveikis kondensatorių elektriniams parametrams ir anglies elektrodų struktūrai. Matematiniu modeliavimu teoriškai įvertinta deguonies plazmos įtaka superkondensatorių anglies elektrodų paviršiaus mikroreljefui. Teoriškai pagrįstas anglies dangos reljefo anizotropinis augimas ir izotropinės paviršiaus erozijos mechanizmas. Kokybiškai paaiškintas acetileno kiekio ir plazmotrono galios įtakos mechanizmas anglies elektrodų struktūrai ir elektriniams parametrams. Pasiūlytas mechanizmas, aiškinantis NiO kiekio, esančio ant anglies elektrodų, įtaką superkondensatorių elektriniams parametrams ir elektrodų struktūrai. The dissertation examines topics related to the formation of supercapacitors using plasma technology and their analysis. Plasma spray technology was used to form supercapacitors electrodes. Carbon was deposited on stainless steel surface using the atmospheric pressure argon-acetylene plasma. The deposition of nickel oxide on the surface of carbon electrodes was made using magnetron sputtering method. The influence of acetylene amount to the supercapacitors electrodes and the electrical characteristics of the structure were estimated. The nickel oxide influence to the electrical parameters of supercapacitor carbon electrodes, structure and microrelief was assessed too. The etching of carbon electrodes surface with oxygen plasma was performed and its impact on the capacitors electrical parameters and carbon electrode structure was evaluated. Mathematical modeling was used to theoretically estimate the influence of oxygen plasma to the supercapacitor carbon electrode surface microrelief. The anisotropic growth of carbon surface relief and isotropic surface erosion mechanism was theoretically explained. The impact mechanism of the acetylene content and plasmatron power to the carbon electrode structure and electrical parameters was qualitatively explained. The mechanism for understanding the influence of NiO content on the carbon electrodes to the supercapacitor electrical parameters and electrode structure was proposed.

In the present work Mg and MgAl thin films were fabricated using physical vapour deposition (PVD) technologies as non-traditional and new nanotechnology methods for designing high performance hydrogen storage materials. The physical vapour deposition technologies allow the formation of metastable metal, alloy and chemical compounds with strictly controlled composition, microstructure and stoichiometry at low temperatures. The synthesis of MgH2, MgAl and Mg(AlH4)2 films has been conducted in two steps: (i) fabrication of thin films employing magnetron sputtering in Ar gas, and (ii) hydrogenation of thin films employing plasma immersion ion implantation technologies. For the first time, chemical compound Mg(AlH4)2 has been synthesized using the deposition of Mg and Al atoms from gas phase in hydrogen plasma (reactive deposition with simultaneously hydrogen implantation). The transformation of Mg thin film to MgH2 takes place at 400 K temperature during hydrogenation in hydrogen plasma. Experimental results showed that hydriding kinetics of Ti-doped Mg film increases and desorption temperature decreases by 60-80 K and the maximum H2-effusion from the Ti-undoped Mg-Al takes place at temperature 475 K, and for the Ti-doped Mg-Al film – at temperature 410 K; the release time of accommodated hydrogen is shorted for the Ti-doped Mg-Al film. The mathematical model of hydrogenation shows that during the process of material irradiation in plasma the concentration of incident ions in... [to full text] Šiame darbe, panaudojant jonines-plazmines technologijas, sintezuotos Mg, MgH2, Mg-Al ir Mg(AlH4)2 plonos nanokristalinės dangos. Ištirta jų struktūros, paviršiaus morfologijos ir sudėties priklausomybė nuo nusodinimo ir hidrinimo plazmoje technologinių parametrų. Darbe panaudoti plėvelių formavimo metodai: (i) magnetroninis-joninis garinimas Ar dujų aplinkoje; (ii) plonų dangų prisotinimas vandeniliu, panaudojant vandenilio jonų implantacijos iš plazmos technologijas. Šio darbo originalumas susijęs su nepusiausvyrinių plazminių technologijų panaudojimu nanokristalinių medžiagų hidrinimui. Pirmą kartą atlikta metalų hidridų sintezė ir ištirta vandenilio kaupimosi kinetika nanostruktūrinėse medžiagose panaudojant plazminės vandenilio implantacijos technologiją. Gauti rezultatai patvirtina joninių-plazminių technologijų pranašumus, iš kurių svarbiausias - formuojamų plėvelių mikrostruktūros valdymas nanometriniame lygyje. Tyrimo metu, panaudojant vandenilio jonų implantaciją į Mg-Al dangas, pirmą kartą susintezuotas Mg(AlH4)2 hidridas. 5 storio Mg dangų transformacija į MgH2, hidrinimo procesą atliekant vandenilio plazmoje, įvyksta esant 400 K temperatūrai. Eksperimentiniai rezultatai atskleidė, kad Ti priemaišomis legiruotose Mg dangose paspartėja hidridų formavimosi kinetika, o vandenilio desorbcijos temperatūra sumažėja 60-80 K. Vandenilio desorbcijos kinetika Ti priemaišomis legiruotose Mg-Al dangose taip pat yra spartesnė, o jų desorbcijos temperatūra sumažėja 65 K... [toliau žr. visą tekstą]

Šiame darbe, panaudojant jonines-plazmines technologijas, sintezuotos Mg, MgH2, Mg-Al ir Mg(AlH4)2 plonos nanokristalinės dangos. Ištirta jų struktūros, paviršiaus morfologijos ir sudėties priklausomybė nuo nusodinimo ir hidrinimo plazmoje technologinių parametrų. Darbe panaudoti plėvelių formavimo metodai: (i) magnetroninis-joninis garinimas Ar dujų aplinkoje; (ii) plonų dangų prisotinimas vandeniliu, panaudojant vandenilio jonų implantacijos iš plazmos technologijas. Šio darbo originalumas susijęs su nepusiausvyrinių plazminių technologijų panaudojimu nanokristalinių medžiagų hidrinimui. Pirmą kartą atlikta metalų hidridų sintezė ir ištirta vandenilio kaupimosi kinetika nanostruktūrinėse medžiagose panaudojant plazminės vandenilio implantacijos technologiją. Gauti rezultatai patvirtina joninių-plazminių technologijų pranašumus, iš kurių svarbiausias - formuojamų plėvelių mikrostruktūros valdymas nanometriniame lygyje. Tyrimo metu, panaudojant vandenilio jonų implantaciją į Mg-Al dangas, pirmą kartą susintezuotas Mg(AlH4)2 hidridas. 5 storio Mg dangų transformacija į MgH2, hidrinimo procesą atliekant vandenilio plazmoje, įvyksta esant 400 K temperatūrai. Eksperimentiniai rezultatai atskleidė, kad Ti priemaišomis legiruotose Mg dangose paspartėja hidridų formavimosi kinetika, o vandenilio desorbcijos temperatūra sumažėja 60-80 K. Vandenilio desorbcijos kinetika Ti priemaišomis legiruotose Mg-Al dangose taip pat yra spartesnė, o jų desorbcijos temperatūra sumažėja 65 K... [toliau žr. visą tekstą] In the present work Mg and MgAl thin films were fabricated using physical vapour deposition (PVD) technologies as non-traditional and new nanotechnology methods for designing high performance hydrogen storage materials. The physical vapour deposition technologies allow the formation of metastable metal, alloy and chemical compounds with strictly controlled composition, microstructure and stoichiometry at low temperatures. The synthesis of MgH2, MgAl and Mg(AlH4)2 films has been conducted in two steps: (i) fabrication of thin films employing magnetron sputtering in Ar gas, and (ii) hydrogenation of thin films employing plasma immersion ion implantation technologies. For the first time, chemical compound Mg(AlH4)2 has been synthesized using the deposition of Mg and Al atoms from gas phase in hydrogen plasma (reactive deposition with simultaneously hydrogen implantation). The transformation of Mg thin film to MgH2 takes place at 400 K temperature during hydrogenation in hydrogen plasma. Experimental results showed that hydriding kinetics of Ti-doped Mg film increases and desorption temperature decreases by 60-80 K and the maximum H2-effusion from the Ti-undoped Mg-Al takes place at temperature 475 K, and for the Ti-doped Mg-Al film – at temperature 410 K; the release time of accommodated hydrogen is shorted for the Ti-doped Mg-Al film. The mathematical model of hydrogenation shows that during the process of material irradiation in plasma the concentration of incident ions in... [to full text]

Į kieto kūno paviršių krentant jonų srautui, jo paviršiuje vyksta procesai, keičiantys medžiagos elementinę sudėtį. Todėl medžiagos paviršiuje susidaro pakeistasis sluoksnis, kuris gali turėti didelę įtaką paviršiaus erozijai. Pavyzdžiui, termobranduolinės energetikos srityje, tokių elementų kaip volframas, anglis ir berilis maišymasis yra svarbūs procesai įtakojantys pirmosios sienelės eroziją, vandenilio išlaikymą ir prasiskverbimą su plazma sąveikaujančioje medžiagoje bei pirmosios sienelės degradaciją. Fizikiniai procesai sukeliantys šiuos pokyčius nėra pilnai suprasti. Darbe pristatomas fenomenologinis plazmos sąveikos su pirmąją sienele modelis. Modelyje atsižvelgiama į keletą galimų vienalaikių plazmos – paviršiaus sąveikos procesų: joninį dulkėjimą, dalelių iš plazmos adsorbciją ant paviršiaus, nudulkėjusių dalelių resorbciją, terminę difuziją, plazmos dalelių implantaciją sienelėje ir jų sukeltą kaskadinį maišymąsi. Taip pat į modelį yra įtraukta pasirinkta cheminė reakcija. Pateikiami modelio taikymo mažų energijų vandenilio plazmos su 0,1 ir 0,8% anglies priemaišų sąveikos su volframo sienele skaičiavimams rezultatai. Gauti modeliavimo rezultatai yra palyginami su eksperimentų duomenimis. Skaičiavimų rezultatai parodo kaskadinio maišymosi svarbą anglies atomų pernašai taikinyje. If a material is subjected to an ion flux, atomic composition of the material surface layer (first wall) can be modified by various plasma – first wall interaction processes. Therefore, a modified surface layer of the material is formed due to the plasma – first wall interaction. Effects of mixed materials can be a serious concern for the surface erosion. E.g., mixing of materials such as tungsten, carbon and beryllium in the fusion devices can influence important wall parameters such as a wall life time and hydrogen retention and permeation. Physical processes, which cause this modification, are not completely understood. A phenomenological model of plasma – first wall interaction is presented in the paper. Several possible simultaneous processes of plasma – first wall interaction are considered in the model: ion sputtering, adsorption of plasma particles on the surface, resorption of sputtered particles, thermal diffusion, implantation of plasma particles into the wall and cascade mixing. Selected chemical reaction is included in the model as well. Results of the simulation of low energy hydrogen plasma with 0.1% and 0.8% of carbon impurities interaction with tungsten surface are presented. Obtained results of the simulation are compared to the experimental results. Results of the calculation show importance of cascade mixing to the transport of carbon atoms in the target.

Vandenilio dujų tankis yra mažas ir turi absoliučiam nuliui artimą suskystėjamo temperatūrą, todėl vandenilio saugojimas yra sudėtingas uždavinys. Kai kurie, ypač metalo, elementai pasižymi savybe absorbuoti vandenilio molekules prie artimų aplinkai vidutinėms temperatūroms bei slėgiams, todėl tyrinėjamas vandenilio saugojimas ryšiuose su metalo jonais. Iš šių junginių vandenilis šalinamas pakaitinus lydinius. Norint, kad vandenilio saugojimas energetiniu požiūriu pasiteisintų, svarbu žinoti vandenilio adsorbcijos, desorbcijos ir difuzijos mechanizmus. Šiame darbe, pasitelkus analitines išraiškas, modeliuojami adsorbcijos ir paviršiaus joninės erozijos, vandenilio pasiskirstymo metalo lydinyje bei vandenilio dehidrinimo procesai. The storage of hydrogen is an important problem. Hydrogen gas has low density and freezing point close to absolute zero. Some, specially, metal elements have feature to adsorb molecules of hydrogen at intermediate temperatures and pressures. This research deals with possibilities to store hydrogen in metals alloys. It is need external heat for these alloys dehydrogenation. An attempt to understand the processes of hydrogen adsorption, desorption and diffusion is made. Modelling results of deposition and ion irradiation, distribution of hydrogen in bulk, kinetic of dehydrogenation are presented.

We investigated thin film samples of Mg2NiH4 with two intentions. First of all, we wanted to ascertain if the same nanomaterial (Mg2NiH4) prepared by magnetron sputtering and ball milling can exhibit different hydrogen storage properties and to see possible advantages/disadvantages of employing of magnetron sputtering for synthesis of nanometerials for hydrogenstorage. Furthermore, we wanted to see if thin film samples of Mg2NiH4 could be used in a switchable mirror or window device by utilizing the high to low temperature transition at about 510 K. In powder samples, this transition, between a monoclinic conducting low temperature phase to an FCC non-conducting high temperature phase, have been demonstrated in a mechanical reversible conductor–insulator transition [Blomqvist and Nor��us, J. Appl. Phys 91(2002)5141]. The new thin film Mg2NiH4 samples were produced by reacting hydrogen with magnetron sputtered Mg2Ni films on quartz glass or CaF2 substrates. But we could not obtain the monoclinic low temperature phase upon cooling the samples. Instead a cubic phase, related but not identical to the cubic high temperature phase, was formed at temperatures both below and above 510 K. TEM pictures revealed the new cubic phase in the films to have the same cell parameter as the FCC high temperature phase. But the symmetry was lower with similar streaking patterns as observed for the monoclinic low temperature phase. IR-spectroscopy indicated an identical vibrational frequency for... [to full text] Tiriamojo darbo metu magnetroniniu garinimu suformuotos Mg-Ni dangos, kurios hidrintos esant aukštai temperatūrai ir vandenilio slėgiui. Hidrintos dangos ištirtos įvairiais analizės metodais, siekiant nustatyti magnetronio garinimo būdu suformuotos medžiagos (magnio nikelio hidrido) skirtumus nuo rutulinio trynimo metodu gautos analogiškos medžiagos. Darbe išanalizuoti duomenys ir pateiktas aiškinamasis modelis, kuris atskleidžia plonų dangų ypatybes, dėl kurių dangose pilnai neįvyksta dangos relaksacijos procesai. Nustatyta, kad dėl tų pačių priežasčių, dangų panaudojimo „įjungiamiesiems veidrodžiams“ galimybės yra ribotos.