Untitled - Materials Science Institute of Madrid - Consejo Superior de ...

1. Adhesión entre cerámicas (ZrO 2 ) y
metales (Ni)
La intercara ZrO2(0001)/Ni(111) ha sido estudiada en
detalle desde un punto de vista teórico mediante cálculos
ab inito basados en la teoría del Funcional de la
Densidad (DFT). En concreto, se ha determinado los distintos
tipos de enlace presentes en esta intercara, sus
fuerzas relativas, y cómo estas propiedades se ven
afectadas por la presencia de vacantes. Estos estudios
han permitido concluir que la adhesión entre ZrO2 y
Ni(111) viene principalmente determinada por los grados
de libertad que la superficie del ZrO2 posee para
reconstruirse, de manera que cuanto más grados tenga
–por ejemplo, vía la existencia de vacantes- menor es la
adhesión.
1. Ceramic (ZrO 2 ) metal (Ni) adhesion
The ZrO 2
(0001)/Ni(111) interface has been studied in
detail from a theoretical point of view by DFT based ab
initio calculations. More precisely, we have determined
the different types of interface bonds, their relative
strengths, and how these properties are modified by
the presence of vacancies. These studies have let us to
the conclusion that ZrO 2 /Ni adhesion is mainly determined
by the number of degrees of freedom that the
ZrO 2 surface has upon reconstruction, so that the larger
the number of degrees –e.g. via the existence of vacancies-
the smaller the adhesion.
1. J.I. Beltrán, S. Gallego, J. Cerdá, J.S. Moya and M.C. Muñoz, J. Physical Chemistry B, Vol 108, 2004, pp. 15439-42.
Proyectos: MAT2001-1596
2. Análisis composicional de superficies
y capas delgadas mediante la técnica de
GDOES
Se ha montado y calibrado un nuevo sistema de análisis
superficial y en profundidad de láminas delgadas,
basada en técnicas de espectroscopia de emisión óptica
por descarga luminiscente (GDOES). Los primeros se
han centrado en la determinación de la resolución en
profundidad del sistema en multicapas metálicas. Se ha
observado que la resolución en profundidad depende
fundamentalmente de tres efectos: En primer lugar, la
existencia de un foso profundo alrededor del cráter. En
segundo lugar está la rugosidad inducida en el fondo
del cráter que produce un ensanchamiento de las intercaras.
Por último, la erosión del material re-depositado
en las paredes del cráter produce un alto mezclado de
las capas sucesivas. Se ha evaluado la importancia de
estos efectos en multicapas alternadas de Cr y Ti, con
diferentes espesores. La técnica ha probado ser eficaz
en la determinación de perfiles de concentración de un
gran número de muestras, tanto conductoras como aislantes
(compuestos binarios y ternarios) suministradas
por centros industriales y de investigación.
2. Surface and depth profiling composition
analysis of thin films by GDOES
A new analysis set-up for surface and in depth profiling
of thin films, based on glow discharge optical emission
spectroscopy (GDOES) techniques has been mounted
and calibrated. The initial work has been devoted to the
determination of the resolution in depth of the system
for different metal multilayers. The depth resolution
mainly depends on three effects: First, the existence of
an edge well around the crater (“edge effect”), deeper
than the crater bottom. A second effect is the induced
roughening of the crater bottom, which produces a broadening
of the interface width. Finally, the sputtering of
material re-deposited at the crater wall causing a higher
mixing of the layers. The importance of these effects
was tested on multilayer stacks consisting of alternating
chromium and titanium layers of different thickness.
This technique has been successfully applied in
compositional depth profiling of large variety of samples,
conducting and insulating (ceramic) binary and
ternary compounds provided by industrial and research
centres.
Proyectos: “Deposición por co-spputering magnetrón de compuestos ternarios basados en TiN”. Proyecto del PN (2002- 205)
3. Caracterización de aleaciones de titanio
bioinertes modificadas en superficie
En esta línea de investigación se ha modificado la
superficie de diversas aleaciones de Ti, previamente
caracterizadas para aplicaciones biomédicas, mediante
implantación iónica de nitrógeno. El objetivo era nitrurar
la superficie de las aleaciones para mejorar su dureza.
El material obtenido se investigó mediante técnicas
electroquímicas para evaluar su comportamiento frente
a la corrosión. Por otro lado, para estudiar la influencia
del proceso de implantación iónica con nitrógeno en
estas aleaciones, se estudió la composición de su
superficie por medio de diferentes técnicas (XPS, XAS).
Además, por medio de microscopía de fuerzas atómicas
(AFM) se evaluó el efecto de la implantación iónica
en la morfología y topografía de la superficie, así como
los cambios generados en la elasticidad de la misma.
Utilizando microscopía electrónica de barrido se estudió
la microestructura de estos materiales, y con difracción
de rayos X se observaron las diferentes fases
encontradas en los mismos.
3. Characterization of surface modified,
bioinert titanium alloys
One of the most interesting applications for titanium
alloys is their use as biomaterials. However, it is very
important to improve the hardness of these materials
because it is lower than that of other commercial surgical
implants. In this research, the surface of different Ti
alloys was modified by nitrogen ion implantation. The
ion-implanted materials were studied by means of different
electrochemical techniques to evaluate their
corrosion behaviour. In order to determine the influence
of the ion implantation process on these alloys, the
surface composition of these modified alloys was determined
by different spectroscopic techniques (XPS, XAS).
Similarly, the effects of the nitrogen implantation on
the surface morphology and topography as well as the
changes generated in the surface elasticity of the alloys
were investigated by using atomic force microscopy
(AFM). The microstructural characterization of the ionimplanted
alloys was performed by scanning electron
microscopy and X-ray diffraction.
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