MECHANICKÉ VLASTNOSTI STRUKTUR KOV – POLYMER SVOČ – FST 2010 Petra Bublíková Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, 306 14 Plzeň Česká republika ABSTRAKT Práce se zabývá studiem mechanických vlastností tenkých zlatých vrstev o tloušťce 50 nm a nanočástic deponovaných na různým způsobem modifikovaný polyethylenový substrát. Experiment se zaměřuje zejména na vyhodnocení indentační tvrdosti a indentačního modulu pružnosti zjištěných pomocí metody IIT (Instumented Indentation Testing – Instrumentální indentační zkouška tvrdosti a materiálových parametrů) a dále pak na hodnocení koeficientu tření a hloubky proniknutí do materiálu zjištěných vrypovou zkouškou při rozdílných konstantních zatíženích aplikovaných pomocí speciálního přístroje pro měření mechanických vlastností nanovrstev – Nanoindentoru XP. Cílem práce je vyhodnotit příčiny odchylek mezi hodnotami naměřenými u jednotlivých vzorků s přihlédnutím na způsoby modifikace substrátu. KLÍČOVÁ SLOVA polyethylen, zlaté nanovrstvy a nanočástice, metoda IIT, indentační tvrdost, indentační modul pružnosti, vrypová zkouška, koeficient tření, Nanoindentor XP, řádkovací elektronový mikroskop, hrot Berkovič. ÚVOD Jedny z hojně využívaných materiálů v různých odvětvích jsou polymery, které vykazují širokou škálu vlastností souvisejících s mimořádnou velikostí jejich molekul. To, co tedy odlišuje polymery od ostatních materiálů, je jejich řetězcová struktura, tj. dlouhá lineární řada vzájemně spojených atomů nebo skupin atomů. Polymery jako takové jsou většinou pro různé speciální aplikace nedostačující. Jejich vlastnosti, zejména povrchové, je třeba vhodně upravit. Pro zlepšení povrchových vlastností se provádí depozice nanovrstev nebo nanočástic na povrch polymeru, například kovových. Před vlastní depozicí se často provádí modifikace substrátu pro zlepšení adheze celého systému. Experimentální část se zabývá mechanickými vlastnostmi zlatých nanovrstev a nanočástic deponovaných na polyethylenový substrát. Depozicí tenkých filmů získáme materiál ze dvou substancí s rozdílnými vlastnostmi, které dávají dohromady výslednému výrobku nové specifické vlastnosti, které nemá sama o sobě žádná z jeho součástí. Tímto způsobem vzniklý systém nazýváme kompozit. Cílem je tedy vytvořit vrstvy s co nejlepšími mechanickými, chemickými, elektrickými i optickými vlastnostmi, přičemž tato práce se zabývá analýzou mechanických vlastností těchto kompozit. Důležité je uvést, že o tenkých vrstvách hovoříme tehdy, jestliže se jejich tloušťka pohybuje od několika desítek nanometrů až po několik mikrometrů. V posledních letech došlo k velkému rozvoji fyzikálních technologií vytváření tenkých vrstev. Jejich optimalizace je však do značné míry podmíněna kvalitní metrologií v oblasti mechanických vlastností, zejména mikrotvrdosti, elastického modulu, adheze a v posledních letech se věnuje pozornost mechanismům opotřebení při různých způsobech namáhání. Mechanické vlastnosti tenkých vrstev odrážejí řadu faktorů ovlivňujících konečný stav systému. Pro jejich měření je nabízena celá řada měřicích přístrojů specializovaných pro určitý druh testu nebo komplexnějších, umožňujících provádět při malých změnách konfigurace kompletní měření mechanických vlastností tenkých vrstev a povlaků a jejich analýz [1]. POVRCHOVÉ ÚPRAVY SUBSTRÁTU Pro modifikaci polymerů jsou využívány zejména fyzikální úpravy. Podstatou fyzikálních úprav je působení vysoce energetických částic, radikálů, iontů apod. Důležitým efektem modifikace je leptání povrchové vrstvy působením částic, čímž se zvyšuje drsnost povrchu, zvětšuje se celková plocha substrátu, a tím se cíleně zvyšuje adheze vrstvy k povrchu naleptaného substrátu [2]. Při fyzikálních procesech nevznikají žádné škodlivé látky jako v případě chemických úprav, proto se často používají.
Fyzikální úpravy Pro úpravu povrchu polymerního substrátu se často používá plazmový výboj, kterým byly modifikovány téměř všechny zkoumané vzorky. Jelikož nejnovější konstrukce plazmometů umožňuje regulaci teploty paprsku plazmatu, je možno vytvořit nejvýhodnější atmosféru pro zvolený nanášecí materiál. Tyto přednosti plazmometů umožňují nanášení jakéhokoli materiálu od karbidů kovů až po plastické hmoty [3,13]. Při leptání účinkem plazmatu dochází k excitaci povrchových molekul substrátu, případně i k narušení některých chemických vazeb. Díky tomu se povrch stává vysoce reaktivním a lze na něj aplikovat nejrůznější látky, které se na povrch bezprostředně navážou. Nízkoteplotní plazma lze využít pro aktivaci povrchu, leptání nebo nanášení vrstev. Pro první dva efekty se využívá inertních nebo reaktivních plynů (Ar, H2, O2, CO2, vzduch, apod.). Při interakci plazmatu s povrchem substrátu nedochází k výraznému ohřevu materiálu, a proto je použití vhodné tam, kde by mohlo při vyšších teplotách docházet k degradaci materiálu. Tato metoda je tedy hodně využívána při depozici vrstev na polymerní substráty a pro modifikaci těchto substrátů. Je zde nezbytná vakuová komora (tlak v rozmezí od 0,1 Pa až 100 Pa), dávkování plynů, generátor a přizpůsobovací člen pro indukčně nebo kapacitně vázané plazma [3,13]. Chemické úpravy Chemické úpravy většinou modifikují chemické složení nebo strukturu povrchu materiálu při přímé chemické reakci s daným roztokem, jsou známy jako tzv. mokré úpravy. Při leptání dochází k oxidaci chemických skupin přítomných na povrchu polymeru, čímž se zvýší jeho polarita a drsnost, a to přispívá ke zvýšení adheze systému. Tyto úpravy mohou vytvářet kovalentní vazby určitých chemických skupin nebo makromolekulárních řetězců k povrchu materiálu (tzv. povrchové očkování neboli roubování) [3]. Povrch polymeru je často roubován thioly pro vytvoření kovalentní vazby thiolové (–SH) skupiny, která zlepšuje adhezi zlatých nanočástic a vrstev díky návaznosti částic síry na zlato. Thioly jsou označovány jako sirné deriváty uhlovodíků. Vzorec těchto látek je R –SH (R-alkyl nebo aryl, SH – thiolová skupina). Některé vzorky byly modifikovány thioly pro zjištění, zda má návazná skupina vliv na mechanické vlastnosti systému. DEPOZICE VRSTEV Fyzikální metody PVD (Physical Vapour Deposition) depozice jsou vhodné obzvlášť pro polymerní substráty. Je třeba zdůraznit, že tyto metody jsou vysoce ekologické. Při depozici vrstev se neuvolňují žádné prostředí škodlivé látky jako u metod chemických. Podstatou fyzikální depozice je odpařování materiálu ve vakuu nebo iontové naprašování částicemi deponovaného materiálu ve výboji při udržování nízkých tlaků. Metoda PVD je vhodná pro depozici tenkých vrstev, je velice přesná a probíhá převážně při teplotách 150 – 500ºC, v některých případech i při teplotách nižších. Fyzikální metody se podle principu dělí na metody napařování a naprašování [4]. Napařování Principem napařování je ohřátí deponovaného materiálu v uzavřeném prostoru na příslušnou teplotu, při které dojde ke zvětšení kinetické energie částic v jeho povrchové vrstvě na míru, kdy dojde k uvolnění atomů, případně i molekul. Ty pak vytvoří mrak, čímž dojde ke vzniku rovnovážného tlaku par (tzv. tenze nasycených par). Pokud se v takovém systému nachází předmět s nižší teplotou (substrát, ale i stěny pracovní komory a veškerá výbava napařovací aparatury), zkondenzuje odpařovaný materiál na jeho povrchu [2]. Naprašování Vrstvy deponované naprašováním vykazují velice dobrou adhezi k substrátu. Kvalitní přilnavost je zapříčiněna využitím energetických částic pracovního plynu bombardujících povrch. Technika je vhodná pro povrchové úpravy všech druhů materiálů včetně polymerů. Principem této metody je rozprašování materiálu katody (tzv. terče) energetickými ionty bombardujícími povrch terče, které jsou urychlovány elektrickým polem. Atomy materiálu terče jsou přitahovány k povrchu, pohybují se v povrchových vrstvách, a tak vytváří defekty. Stále se zvyšující energie iontů způsobí dislokace atomů a jejich vypuzení do plynné fáze, tedy odpaření [2]. Fyzikální depozice vrstev mohou probíhat také za nižších teplot. Typickým příkladem je katodové naprašování (viz Obrázek 1), kterým byly deponovány zlaté nanovrstvy a nanočástice u všech zkoumaných vzorků. Naprašování probíhá v pracovní komoře za sníženého tlaku, komora obsahuje inertní plyn. Nanášený materiál tvoří katodu elektrodového systému a substrát, na němž má být vrstva vytvořena, je umístěn na anodě. V pracovním prostoru je vytvořen doutnavý výboj, jehož důsledkem je nerovnoměrné rozložení potenciálu v prostoru a tzv. katodový spád v oblasti katody. Kladné ionty vznikající ve výboji jsou unášeny směrem ke katodě a v oblasti katodového spádu jsou urychleny tak, že po dopadu na katodu z ní vyrážejí částice naprašovaného materiálu. Částice se šíří prostorem a usazují se na okolních tělesech, tedy i na anodě, kde je umístěn substrát, na němž vzniká tenká vrstva [5].
Obrázek 1: Princip katodového naprašování [4]. APLIKACE ZLATÝCH NANOVRSTEV A NANOČÁSTIC Tenkých vrstev se s úspěchem využívá zejména v elektrotechnickém průmyslu (aktivní i pasivní prvky), optice, strojírenství, energetice, biolékařských aplikacích, ale i v potravinářství (obalové materiály) [6]. Zlaté vrstvy se převážně používají díky jejich vynikající tepelné a elektrické vodivosti v oblasti mikroelektroniky, použití zlatých nanočástic je aktuální oblasti biomedicíny. Systémy na bázi zlato – polymer jsou teprve v úvodní studii, jejich využití jako systému v praxi je zatím minimální [12]. MECHANICKÉ VLASTNOSTI TENKÝCH VRSTEV Instrumentální indentační zkouška (IIT) Nanotvrdost je termín pro hodnoty mikrotvrdosti zjištěné při extrémně nízkých zatíženích, kdy vytvořené vtisky mají rozměry menší než 1 μm, takže je nelze proměřit pomocí optického mikroskopu. Proto byly sestrojeny přístroje tzv. nanoindentory, které vyhodnocují nanotvrdost podle metody IIT [9]. Nanoindentory provádějí měření od desetin gramu až ≈ 10 g, kdy po odlehčení zůstane vtisk, který se následně vyhodnocuje. Hloubka vtisku při nanoindentaci je menší než 0,2 μm. Metodou IIT lze určit tzv. indentační modul pružnosti, což je důležité zvláště při hodnocení tenkých vrstev, kde nebývá shodný s hodnotami uvedenými v tabulkách pro objemový materiál [9]. Principem indentace je tedy plynulé zatěžování indentoru kolmo na plochu vzorku. Při dosažení zvoleného zatížení v určité hloubce h dochází ke zpětnému odlehčení. Přístroj je řízen počítačem, který zaznamenává a zpracovává naměřené hodnoty. Stanovení tvrdosti a materiálových charakteristik je tedy umožněno nepřetržitým monitorováním zatížení a hloubky vtisku [10], výsledkem zkoušky je tzv. indentační křivka. Indentační (vtisková) tvrdost HIT se stanovuje dle vzorce:
HIT =
Fmax Fmax = 2 Ap c hc
(1)
Fmax - zkušební zatížení, Ap-průmět kontaktní plochy vnikacího tělesa a zkušebního tělesa určený z křivky zatížení – hloubka vtisku, hc - hloubka vtisku, c - konstanta závislá na tvaru indentoru (c= 23,96 pro Berkovičův indentor použitý při experimentu). Vrypová zkouška (Scratch test) Vrypová zkouška je jedna z nejrozšířenějších zkoušek vyhodnocování mechanických vlastností struktur tenká vrstva – substrát. Může se provádět pomocí nanoindentoru, který je plynule zatěžován konstantní nebo zvyšující se silou. Podstatou experimentu je spojité monitorování zátěžné síly L a polohy hrotu, který se pohybuje přímočaře po povrchu vzorku. Při zatěžování se zaznamenává průběh třecí Ft a normálové síly Fn aplikované na indentor, hodnoty
koeficientu tření (μ =
Ft ), případně signál akustické emise (elastické vlny generované uvolněním energie vnitřně Fn
vázané ve struktuře určitého materiálu [11]). Obecně tedy platí, že k porušení systému tenká vrstva - substrát dochází v důsledku kombinace elasticko-plastického napětí, tření a vnitřního pnutí [11]. U tenkých vrstev deponovaných na polyethylen byla v experimtentu aplikována konstatní zátěžná síla pro zjištění průměrné hloubky proniknutí do materiálu a koeficientu tření. Vrypy byly vyfoceny pomocí řádkovacího elektronového mikroskopu Ing. Rostislavem Medlínem (NTC ZČU Plzeň).
Obrázek 2: Snímky z elektronového mikroskopu – vrypy vytvořené při konstatních zatíženích 1 mN, 10 mN, 50 mN na plazmově modifikovaném a rouboveném PE s deponovanou Au vrstvou. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST Experimentální materiály Práce se zabývá vyhodnocováním mechanických vlastností kompozit na bázi Au-PE. Jako substrát byl tedy použit modifikovaný (pro srovnání i nemodifikovaný) polyethylen, na který byla nanesena zlatá vrstva o tloušťce 50 nm, na některé vzorky byly deponovány zlaté nanočástice. Depozice nanovrstev a nanočástic byla provedena u následujících vzorků metodou katodového naprašování (proud I= 20 mA, doba depozice t= 300 s, vzdálenost vzorku od targetu 50 mm) pomocí naprašovacího zařízením Balzers SCD 050. ▪ Au/PE Na polyethylen byla nanesena zlatá vrstva o tloušťce 50 nm. Polyethylenový substrát nebyl žádným způsobem modifikován. ▪ Au/plazma/PE V tomto případě byl polyethylen modifikován v plazmatu za účelem zjištění, zda má tento fyzikální způsob modifikace vliv na mechanické vlastnosti systému. ▪ Au/plazma/SH/PE Polyethylen byl modifikován v plazmatu a následně roubován thioly za účelem zavedení návazné –SH skupiny, která má schopnost vázat zlaté částice. ▪ Au/Au
/plazma/PE Polyethylen byl modifikován v plazmatu a následně byly na jeho povrch deponovány zlaté nanočástice a zlatá nanovrstva. ▪ Au
/plazma/SH/PE Na plazmatem modifikovaný polyethylen byly naroubovány zlaté nanočástice opět chemickou úpravou pomocí thiolů (-SH). Experimentální zařízení - Nanoindentor XP Hodnoty pro experimentální část práce byly naměřeny v Laboratoři nanoindentačních a tribologických měření (LNTM) Výzkumného centra NTC ZČU Plzeň na přístroji Nanoindentor XP (Obrázek 4) a zpracovány v programech MTS TestWorks a Analyst ve formě grafů.
Modul CSM (Continuous Stiffness Measurement – kontinuální měření tuhosti) umožňuje určování hloubkových změn mechanických vlastností z jednoho vtisku. Při metodě CSM je k primárnímu zatížení superponováno velmi malé oscilační zatížení s frekvencí 0,05-200 Hz a amplitudou 60 nN – 300 mN. Přístroj analyzuje dynamickou odezvu materiálu na tento způsob zatěžování, takže je možno měřit kontaktní tuhost S kontinuálně v průběhu zatěžování a následně určit změny mechanických vlastností (H a E) v průběhu zatěžování, což je výhodné zejména pro hodnocení mechanických vlastností tenkých vrstev, protože vlastnosti lze zaznamenat jako funkci hloubky vtisku [9,10]. Nanoindentor umožňuje provádět i vrypové zkoušky s maximálním zatížením 200 mN. Součástí přístroje je videosystém, který zobrazuje morfologii materiálu na počítači v programu MTS TestWorks. Přístroj je umístěn v antivibrační skříni. Software MTS TestWorks umožňuje naprogramovat automatické měření více vzorků, kdy je možné využít více metod měření: plynulé zatěžování, postupné zatěžování a zatěžování metodou CSM [9,10]. Přístrojem naměřené hodnoty mohou být dále exportovány do programu MS Excel a zpracovávány ve formě grafů v programu Analyst. VÝSLEDKY A DISKUZE VÝSLEDKŮ Metoda IIT – vyhodnocení nanotvrdosti
0,6
Tvrdost (GPa)
Tvrdost (GPa)
Obrázek 4 zobrazuje srovnání průměrných hodnot nanotvrdosti v závislosti na hloubce proniknutí pro všechny zkoumané vzorky. Z Obrázku 4 a Tabulky 1 je patrné, že nejvyšších hodnot nanotvrdosti dosahuje vzorek Au/plazma/SH/PE – plazmově upravený a roubovaný polyethylen a vzorek pouze modifikovaný v plazmatu Au/plazma/PE. Nejvyšší tvrdost vzorku Au/plazma/SH/PE je zřejmě zapříčiněna – SH skupinou, která má schopnost navázat atomy zlata, zlepšit soudržnost zlatých nanočástic, a tím ovlivnit celkovou tvrdost vrstvy. Velký vliv na mechanické vlastnosti vrstev má také zřejmě plazmová úprava povrchu substrátu. Nejprve byly vyhodnoceny jednotlivé vzorky (viz Obrázek 3) a poté byly porovnány mezi sebou. Pro přesnost bylo provedeno více měření, ze kterých byly zjištěny průměrné hodnoty nanotvrdosti.
0,4 0,2 0 0
50
100
150
200
250
0,4 0,3 0,2 0,1 0 0
50
100
150
200
Hloubka vtisku (nm)
Hloubka vtisku (nm)
Tvrdost (GPa)
Obrázek 3: Závislost hodnost nanotvrdosti na hloubce vtisku u vzorku Au/plazma/SH/PE.
0,4 0,3 0,2 0,1 0 0
50
100
150
200
Hloubka vtisku (nm) Obrázek 4: Závislost průměrných hodnot nanotvrdosti na hloubce vtisku u všech zkoumaných vzorků.
Nanotvrdost [GPa] Au/PE 0,191
Au/plazma/PE 0,267
Au/AuΘ/plazma/PE 0,144
Au/plazma/SH/PE 0,287
AuΘ/plazma/SH/PE 0,223
Tabulka 1: Průměrné hodnoty nanotvrdosti u všech zkoumaných vzorků. Metoda IIT – vyhodnocení indentačního modulu pružnosti
15 10 5 0 0
50
100
150
200
250
Modul pružnosti (GPa)
Modul pružnosti (GPa)
Obrázek 6 zobrazuje závislost průměrných hodnot indentačního modulu pružnosti na hloubce proniknutí u všech zkoumaných vzorků. Viditelně nejvyšší hodnotu modulu pružnosti oproti ostatním vzorkům vykazuje vzorek Au/plazma/SH/PE a to přibližně 2,7x vyšší než u vzorku Au/plazma/PE, který vykazuje druhou nejvyšší hodnotu tohoto modulu. Rozdíly mezi hodnotami naměřenými u ostatních vzorků již nejsou tak markantní. Nejnižší hodnota indentačního modulu pružnosti byla zjištěna u vzorků Au /Au/plazma/PE a Au /plazma/SH/PE, u kterých jsou na povrch PE naneseny nejprve zlaté nanočástice a poté zlatá nanovrstva. Nejprve byly vyhodnoceny jednotlivé vzorky (viz Obrázek 5) a potom byly porovnány mezi sebou. Pro přesnost bylo opět provedeno více měření, ze kterých byly zjištěny průměrné hodnoty nanotvrdosti.
15 10 5 0 0
50
100
150
Hloubka vtisku (nm)
Hloubka vtisku (nm)
Modul pružnosti (GPa)
Obrázek 5: Závislost hodnost indentačního modulu pružnosti na hloubce vtisku u vzorku Au/plazma/SH/PE.
10 8 6 4 2 0 0
50
100
150
200
Hloubka vtisku (nm) Obrázek 6: Závislost průměrných hodnot indentačního modulu pružnosti na hloubce vtisku u všech zkoumaných vzorků.
200
Indentační modul pružnosti [GPa] Au/PE 2,924
Au/plazma/PE 3,577
Au/AuΘ/plazma/PE 1,661
Au/plazma/SH/PE 9,621
AuΘ/plazma/SH/PE 2,223
Tabulka 2: Průměrné hodnoty modulu pružnosti u všech zkoumaných vzorků. Vrypová zkouška – vyhodnocení hloubky proniknutí do materiálu při aplikovaných konstantních zatíženích 1 mN, 10 mN a 50 mN.
Hloubka proniknutí [nm]
0
20
40
60
80
100
120
140
0 -1000 -2000 -3000 -4000 -5000
Délka vrypu [um]
Obrázek 7: Závislost hloubky proniknutí na délce vrypu při konstantním zatížení 1 mN.
20
40
60
80
100
120
140
0 Hloubka proniknutí [nm]
Hloubka proniknutí [nm]
0 -1000 -4000 -7000 -10000 -13000 -16000 -19000
20
40
60
80
100
120
140
-1000 -4000 -7000 -10000 -13000 -16000
Délka vrypu [um]
Délka vrypu [um]
Obrázek 8: Závislost hloubky proniknutí na délce vrypu při konstantních zatíženích 10 mN a 50 mN.
Hloubka proniknutí [μm]
Síla [mN] 1 10 50
Au/PE 1,67 6,42 13,38
Au/plazma/PE 1,59 3,57 7,19
Au/plazma/SH/PE 3,91 8,53 13,86
Au/AuΘ/plazma/PE 3,60 17,82 15,03
AuΘ/plazma/SH/PE 1,66 5,87 12,61
Tabulka 3: Hodnoty hloubky proniknutí do materiálu při zatíženích 1 mN, 10 mN, 50 mN.
Vrypová zkouška – vyhodnocení koeficientu tření při aplikovaných konstantních zatíženích 1 mN, 10 mN a 50 mN. 10 9
Koeficient tření [-]
8 7 6 5 4 3 2 1 0 15
35
55
75
95
115
Délka vrypu [um]
Obrázek 9: Závislost koeficientu tření na délce vrypu při konstantním zatížení 1 mN. 0,8
1,6
Koeficient tření [-]
Koeficient tření [-]
2
1,2
0,8
0,4
0
0,6
0,4
0,2
0
15
35
55
75
95
115
15
35
Délka vrypu [um]
55
75
95
115
Délka vrypu [um]
Obrázek 10: Závislost koeficientu tření na délce vrypu při konstantních zatíženích 10 mN a 50 mN.
Koeficient tření μ[-]
Síla [mN] 1 10 50
Au/PE 5,12 0,79 0,49
Au/plazma/PE 5,38 1,02 0,64
Au/plazma/SH/PE
Au/AuΘ/plazma/PE
0,43 0,59 0,48
1,68 0,68 0,53
AuΘ/plazma/SH/PE 6,51 1,18 0,60
Tabulka 4: Hodnoty koeficientu tření μ při zatíženích 1 mN, 10 mN, 50 mN. ZÁVĚR A DOPORUČENÍ Tato práce obsahuje výsledky hodnocení mechanických vlastností homogenních zlatých nanovrstev a nanočástic deponovaných na polyethylen (určitým způsobem modifikovaný, bez plniv) pomocí nanoindentačních měření a vrypové zkoušky. Výsledky umožňují porovnat vliv modifikace (příp. roubování) polyethylenu na mechanické vlastnosti systému Au – PE. Na základě zjištěných výsledků v experimentální části této práce lze nejdůležitější závěry shrnout takto: Nanoindentačním měřením byly metodou CSM naměřeny hloubkové změny nanotvrdosti a indentačního modulu pružnosti. Nejvyšší hodnotu nanotvrdosti i modulu pružnosti vykazoval vzorek Au/plazma/SH/PE, z čehož lze usoudit vliv návazné –SH skupiny a také plazmové modifikace substrátu na zlepšení mechanických vlastností celého systému oproti nemodifikovanému PE i ostatním vzorkům. Ze zjištěných výsledků u vzorků, na které jsou deponovány nejdříve zlaté nanočástice a poté zlatá nanovrstva, lze usoudit, že tento způsob úpravy povrchu polyethylenu nemá velký vliv na zvýšení hodnot nanotvrdosti ani modulu pružnosti ve srovnání s nemodifikovaným vzorkem Au/PE, u kterého byly v některých případech naměřeny vyšší hodnoty těchto veličin.
Vrypovou zkouškou byly pomocí Nanoindentoru XP naměřeny hodnoty závislosti hloubky proniknutí a koeficientu tření na délce vrypu. Největší odolnost proti proniknutí indentoru oproti ostatním vzorkům vykazoval jednoznačně vzorek Au/plazma/PE. Viditelně nejhorší odolnost se projevila u vzorku Au/Au /plazma/PE, kdy byly hodnoty hloubky proniknutí při všech aplikovaných zatíženích vyšší než u nemodifikovaného polyethylenu Au/PE a u vzorku Au /plazma/SH/PE téměř srovnatelné. U vzorků Au/plazma/SH/PE a Au/Au /plazma/PE byly naměřeny nejnižší průměrné hodnoty koeficientu tření při všech zatíženích. Jejich průběh u zatížení 1 mN je téměř ustálený, což svědčí o dobrých tribologických vlastnostech, především dobré odolnosti proti adhezivnímu opotřebení oproti ostatním vzorkům, jejichž průběh je viditelně kolísavý. U vyšších zatížení 10 mN a 50 mN se již zřejmě projevuje vliv substrátu. Nelze vyloučit náhodné faktory jako mechanické vibrace, fluktuace napětí a teploty, tečení materiálu, viskoelastické chování materiálu, relaxace napětí, kolísání koeficientu tření či adheze mezi indentorem a vzorkem atd., které způsobují kolísání hodnot získaných z měření a znepřesňují naměřené výsledky. Výsledky práce doplní poznatky získané o těchto typech materiálů jinými metodami a přispějí tak k optimalizaci vytváření povlaků pro různé aplikace. PODĚKOVÁNÍ Experimentální část byla vytvářena ve výzkumném centru NTC ZČU Plzeň. Poděkování patří vedoucí Bakalářské práce doc. Ing. O. Bláhové, Ph.D., konzultantovi prof. Ing. V. Švorčíkovi, DrSc. a Ing. R. Medlínovi, který je autorem snímků z elektronového mikroskopu. LITERATURA [1] http://www.fzu.cz/struktura/casopisy/jemnam/2005/Jmo-07-08/Optika7-8.pdf [2] http://www.mmspektrum.com/clanek/vakuove-a-plazmochemicke-techniky povrchovych uprav [3] GROSS, B., GRYCZ, B., MIKLÓSSY, K.: Technika plazmatu. Praha 1967. [4] http://www.ateam.zcu.cz/tenke_vrstvy_sma.pdf [5] http://chemie.zcu.cz/Prednasky%20a%20prislusenstvi/Denni%20studium [6] http://www.fzu.cz/struktura/casopisy/jemnam/2005/Jmo-07-08/Optika7-8.pdf [7] http://www.quido.cz/98/elektro.htm – Elektronika z plastů [8] http://www.tyden.cz/rubriky/zdravi/pacienti-s-rakovinou-maji-novou-nadeji nanocastice_163164.html [9] BLÁHOVÁ, O.: Habilitační práce: Nanoindentační měření povrchových vrstev. Plzeň 2007. [10] Kovové materiály – Instrumentovaná vnikací zkouška stanovení tvrdosti a materiálových parametrů. Část 1: Zkušební metoda. ČSN EN ISO 14577–1. [11] INSTRUMENTÁLNÍ VRYPOVÉ TESTOVÁNÍ – manuál. [12] ŠVORČÍK, V., SLEPIČKA, P., SIEGEL, J., KOLÁŘOVÁ, K., KANÁLKOVÁ, N., BLÁHOVÁ, O.: Nanovrstvy a nanopovlaky pro medicínu a elektroniku. In: Vrstvy a povlaky, Trenčín Slovensko, 2007. Digital Graphic, Trenčín, 2007, s. 133–135. [13] ŠVORČÍK, V., BLÁHOVÁ, O., KOTÁL, V., KOLÁŘOVÁ, K., SLEPIČKA, P., PODGRABINSKI, T.: Submikronová vrstva kovu na polymeru modifikovaném plazmatem. In: Vrstvy a povlaky, Trenčín Slovensko, 2005, Digital Graphics, 2005, s. 209–212.
