Spannungen, Dehnungen und Lage der Phasengrenzen in dünnen Nb- und Y-Schichten bei Wasserstoffbe- und -entladung

Abstract

In dieser Arbeit wurde der Einfluss von Spannungen auf die Lage der Phasengrenzen in dünnen Niob- und Yttriumfilmen bei der Wasserstoffbeladung untersucht. Die Wasserstoffbe- und -entladung erfolgte elektrochemisch, so dass es möglich war, die Wasserstoffkonzentration mit dem Faradayschen Gesetz zu berechnen. Die Spannungen in den Filmen wurden mittels einer optischen Biegebalkenmessapparatur bei Wasserstoffbe- bzw. -entladung gemessen. Die Dehnungen und die Position der Phasengrenzen wurden mittels Pulverdiffraktometrie in situ bestimmt. Die Ergebnisse wurden mit einem eindimensionalen linearelastizitätstheoretischen Modell unter der Annahme, dass nur eindimensionale Ausdehnung möglich ist und unter Verwendung der elastischen Konstanten von massivem Niob und massivem Yttrium sowie der wasserstoffinduzierten Ausdehnung der massiven Materialien verglichen. Anhand von Messungen an epitaktischen Niob-Schichten unterschiedlicher Schichtdicke und nanokristalliner Niob-Schichten auf dünnen Polymerfilmen im Vergleich zu Schichten auf Silizium-Substraten konnte ein direkter Zusammenhang zwischen den bei Wasserstoff-beladung entstehenden Spannungen und der Verschiebung der Phasengrenzen aufgezeigt werden. Messungen an Yttrium-Schichten bei Wasserstoffbe- und -entladung zeigten in Übereinstimmung mit dem Modell nur einen geringen Spannungsanstieg. In in situ bei der Wasserstoffbe- und -entladung durchgeführten Synchrotronmessungen konnte gezeigt werden, dass Literaturangaben über die Lage der Phasengrenzen in dünnen Yttrium-Filmen bei Wasserstoffbe- und -entladung falsch sind und kein signifikanter Unterschied in der Lage der Phasengrenzen bei Wasserstoffbeladung im Vergleich zu massivem Yttrium auftritt.