Plazma inicijuotų masės pernešimo procesų TiO2 dangose tyrimas

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.