Влияние термоциклирования на оптические свойства наноструктурированных покрытий TiAlN/Cu

Пархоменко И. Н.; Власукова Л. А.; Зайков В. А.; Комаров Ф. Ф.; Камышан А. С.; Жукова М. Н.

Влияние термоциклирования на оптические свойства наноструктурированных покрытий TiAlN/Cu

Пархоменко И. Н., Власукова Л. А., Зайков В. А., Комаров Ф. Ф., Камышан А. С., Жукова М. Н.

2025

https://doi.org/10.29235/1561-8323-2025-69-2-109-116

Изучено изменение спектров диффузного отражения наноструктурированных покрытий TiAlN/Cu после термоциклирования в условиях, эквивалентных 16 часам нахождения на околоземной космической орбите. Тонкопленочные покрытия TiAlN с добавлением 7–8 % меди и различными соотношениями Ti/Al в металлической компоненте и между металлической и неметаллической компонентами твердого раствора сформированы методом реактивного магнетронного распыления. Показано, что отражение в спектральной области 500–2500 нм для образцов с бόльшей концентрацией титана заметно выше и увеличивается после термической нагрузки, тогда как для образца с меньшим содержанием титана отражение не изменяется. Из спектров отражения рассчитаны коэффициент солнечного поглощения αs и излучательная способность ε, а также отношение αs / ε. Для образцов с преобладанием металлической компоненты ((Ti + Al) / (N + C) = 1,3) и соотношением Ti / Al = 0,95 это отношение не изменялось после термоциклирования и составляло 1,44. Для образцов с повышенным содержанием титана (Ti / Al = 2,34) и эквимолярным соотношением металлической и неметаллической компонент значение αs / ε до термоциклирования составляло 3,82 и снижалось до 3,65 после термической нагрузки. Рассчитаны также ширина запрещенной зоны и ее изменение после термоциклирования для обоих типов покрытий. На основе данных оптической спектроскопии обсуждаются физические процессы, происходящие в композитах TiAlN/Cu при термоциклировании.

Пархоменко И. Н., Власукова Л. А., Зайков В. А., Комаров Ф. Ф., Камышан А. С., Жукова М. Н. Влияние термоциклирования на оптические свойства наноструктурированных покрытий TiAlN/Cu. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2025;69(2):109-116. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2025-69-2-109-116

Цитирование

Список литературы

1. TiAlN/Cu Nanocomposite coatings deposited by filtered cathodic arc ion plating / L. Chen, Z. Pei, J. Xiao [et al.] // Journal of Materials Science and Technology. – 2017. – Vol. 33, N 1. – P. 111–116. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2016.07.018

2. Friction behaviour of TiAlN films around cubic/hexagonal transition: A 2D grazing incidence X-ray diffraction and electron energy loss spectroscopy study / Y. Pinot, M.-J. Pac, P. Henry [et al.] // Thin Solid Films. – 2015. – Vol. 577. – P. 74–81. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2015.01.044

3. Designing Cu chemical distribution in Ti(AlCu)N coatings for enhanced erosion-corrosion and antibacterial performance / X. Zhang, J. Wu, X. Tao [et al.] // Applied Surface Science. – 2024. – Vol. 648. – Art. 159053. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.159053

4. Nanostructured TiAlCuN and TiAlCuCN coatings for spacecraft: effects of reactive magnetron deposition regimes and compositions / F. F. Komarov, S. V. Konstantinov, I. V. Chizhov [et al.] // RSC Advances. – 2023. – Vol. 13, N 27. – P. 18898–18907. https://doi.org/10.1039/D3RA02301J

5. Optical properties of TiAlC/TiAlCN/TiAlSiCN/TiAlSiCO/TiAlSiO tandem absorber coatings by phase-modulated spectroscopic ellipsometry / J. Jyothi, A. Biswas, P. Sarkar [et al.] // Applied Physics A. – 2017. – Vol. 123. – Art. 496. https://doi.org/10.1007/s00339-017-1103-2

6. Radiation tolerance of nanostructured TiAlN coatings under Ar+ ion irradiation / S. V. Konstantinov, E. Wendler, F. F. Komarov, V. A. Zaikov // Surface and Coatings Technology. – 2020. – Vol. 386. – Art. 125493. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125493

7. Система контроля расхода газов для применения в технологии реактивного магнетронного распыления / И. М. Климович, В. Н. Кулешов, В. А. Зайков [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2015. – Т. 6, № 2. – С. 139–147.

8. Evolution of structural, morphological, mechanical and optical properties of TiAlN coatings by variation of N and Al amount / S. Asgary, M. Ghoranneviss, A. Mahmoodi, S. Zarein-dolab // Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. – 2018. – Vol. 28. – P. 428–438. https://doi.org/10.1007/s10904-017-0603-z

9. Study of the optoelectronic properties of titanium nitride thin films deposited on glass by reactive sputtering in the cathodic cage / H. P. Madureira, R. M. Monção, A. A. Silva [et al.] // Materials Research. – 2023. – Vol. 26. – Art. e20230187. https://doi.org/10.1590/1980-5373-mr-2023-0187

10. The effect of annealing under non-vacuum on the optical properties of TiAlN non-vacuum solar selective absorbing coating prepared by cathodic arc evaporation / D. Gong, X. Cheng, W. Ye [et al.] // Journal of Wuhan University of Technology. Materials Science Edition. – 2013. – Vol. 28. – P. 256–260. https://doi.org/10.1007/s11595-013-0674-9

11. Design, fabrication and thermal stability of spectrally selective TiAlN/SiO2 tandem absorber / A. G. Wattoo, C. Xu, L. Yang [et al.] // Solar Energy. – 2016. – Vol. 138. – P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.solener.2016.08.053

12. Novel high-pressure phases of AlN: A first-principles study / C. Liu, M. Hu, K. Luo [et al.] // Computational Materials Science. – 2016. – Vol. 117. – P. 496–501. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2016.02.031

13. Valleti, K. Functional multi-layer nitride coatings for high temperature solar selective applications / K. Valleti, D. Murali Krishna, S. V. Joshi // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 2014. – Vol. 121. – P. 14–21. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2013.10.024

14. Chemical bonding states and solar selective characteristics of unbalanced magnetron sputtered TixM1−x−yNy films / M. M. Rahman, Z.-T. Jiang, P. Munroe [et al.] // RSC Advances. – 2016. – Vol. 6, N 43. – P. 36373–36383. https://doi.org/10.1039/c6ra02550a

15. Makuła, P. How to correctly determine the band gap energy of modified semiconductor photocatalysts based on UV–Vis spectra / P. Makuła, M. Pacia, W. Macyk // Journal of Physical Chemistry Letters. – 2018. – Vol. 9, N 23. – P. 6814–6817. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.8b02892

Источник

Информация

Автор

Пархоменко И. Н. Белорусский государственный университет
Власукова Л. А. Белорусский государственный университет
Зайков В. А. Белорусский государственный университет
Комаров Ф. Ф. Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета
Камышан А. С. Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета
Жукова М. Н. Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета

Страницы

109-116

Год издания

2025

Ключевые слова

Коллекции

Доклады Национальной академии наук Беларуси