Mõningate õhukeste kilede pinnauuringud

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone.Titaan(IV)oksiid (TiO2) ja roostevaba teras (nii nimetatakse rauasulameid, mis sisaldavad olulisel määral kroomi) on materjalid, mida laialdaselt kasutatakse paljudes erinevates tänapäevastes rakendustes. Lisaks TiO2 tuntud kasutusaladele, nagu pigment valgetes värvides ja ultraviolettkiirguse neelaja päikesekreemides, võimaldab see materjal luua niinimetatud isepuhastuvaid aknaklaase. Seejuures akna isepuhastumine toimub kaheastmelisena: (i) päikesevalguse toimel orgaanilise ja mitteorgaanilise mustuse lagundamine (fotokatalüüsi abil) ja (ii) superhüdrofiilse pinna teke päikesevalguse abil (s.t. pind kuhu veetilkasid ei moodustu, vaid vesi katab pinna ühtlaselt) ning sellise pinna efektiivne puhastumine laguproduktidest tavalise vihmavee abil. Isepuhastuvad aknaklaasid on juba müügil, kuid nende efektiivsus vajab parandamist. Üheks võimaluseks parandada päikesevalguse neeldumist TiO2 (ja suurendada isepuhastuvuse efektiivsust), on lisada sobivaid lisandit (nn. dopeerida). Roostevaba teras on kasutusel paljudes valdkondades, näiteks meditsiinis, autotööstuses, ehitusel ja igas majapidamises lauanõudena. Roostevaba terasele annab korrosioonikindluse (s.t. vastupidavuse roostetamisele) tema pinnale tekkiv üliõhukene kroomirikas oksiidikiht. Kui roostevaba terast kasutada eriti spetsiifilistes tingimustes, nagu näiteks kõrgetel temperatuuridel, tuleb tema korrosioonikindlust tõsta. Üheks võimaluseks on terasesse viia lisandeid, näiteks titaani, räni ja alumiiniumi. Antud doktoritöös uuriti lisandita, koobalti ja nikli lisandiga TiO2 kilesid ning kroomirikkaid oksiidikihte erineval määral oksüdeeritud roostevaba terase pinnal. Koobalti ja nikli lisandiga TiO2 uuringutest selgus, et lisandid mõjutavad TiO2 füüsikalisi omadusi, nagu näiteks kristalliitide teket ja kasvu. Kui täpsemalt uurida, kuidas koobalti (või nikli) lisand TiO2 kristallvõresse läheb, selgub, et lisand moodustab muuhulgas ka selliseid ühendeid nagu CoTiO3 (või NiTiO3). Antud töös näidati, et koobalti (või nikli) lisandiga TiO2 neelab rohkem nähtavat valgust, kui ilma lisandita TiO2. Titaankarbiidiga rikastatud roostevaba terase uuringutest selgus, et kroomirikka kaitsva oksiidikihi moodustumine algas sulami pinnale juba siis, kui kasutati väga väikest kogust hapnikku. Esmalt oksüdeerus sulamis kiirelt kroom, seejärel raud. Nikkel ja titaankarbiid sulami pinnakihis ei oksüdeerunud. Lisaks moodustusid kaitsvas oksiidikihis veel ka Al2O3 ja SiOx.Titanium(IV) oxide (TiO2, titania) and stainless steels (iron alloys, which contain significant amount of chromium) are materials, which are widely used in a number of modern applications. Additionally to titania’s well known applications, such as pigment in white paints and ultraviolet light absorber in sunscreens, it allows to prepare so-called self-cleaning windows. Self-cleaning of windows works as a two-step process: (i) photocatalytic degradation of organic and inorganic pollutants, and (ii) washing away the products of degradation from super-hydrophilic surface (i.e. surface where water droplets are not formed, instead water covers surface uniformly). Self-cleaning windows are available in the market, but their efficiency needs improvement. One possible method to enhance sunlight absorption in TiO2 (and increase efficiency of self-cleaning process) is addition of certain impurity (i.e. doping). Stainless steels are widely used in different fields, for example in medicine, automotive industry, construction, and in every household as tableware. The key issue related to the corrosion resistance is the protective chromium-rich surface oxide layer, which forms on alloy. When stainless steel is used in specific conditions, for example, at high-temperatures, its corrosion resistance needs to be enhanced. One possibility is to introduce additives, such as titanium, silicon and aluminium. In this thesis, undoped, cobalt- and nickel-containing TiO2 films and chromium-rich oxide layers on the surface of different degree oxidized stainless steel were studied. From the studies of cobalt- and nickel-containing TiO2, it was revealed that impurities influence titania’s physical properties, for example, its crystallite formation and growth. It was observed that cobalt (or nickel) addition led to formation of CoTiO3 (or NiTiO3). It was also demonstrated that cobalt-containing (or nickel-containing) TiO2 absorbs more sunlight than virgin TiO2. Investigations of titanium carbide enriched stainless steel revealed that formation of chromium-rich protective oxide layer on the surface of alloy started, when very small oxygen exposures were used. First chromium oxidized rapidly, then iron oxidized. Nickel and titanium carbide did not oxidize in alloy surface layer. Additionally also Al2O3 and SiOx were present in protective oxide layer