Atomic Scale Characterization and First-Principles Studies of Si₃N₄ Interfaces

این پایان‌نامه نتایج حاصل از ترکیب Z-کنتراست با وضوح اتمی و تصویربرداری میدان روشن حلقوی و طیف‌سنجی اتلاف انرژی الکترون در میکروسکوپ الکترونی انتقالی روبشی، و همچنین اولین مطالعات اصولی رابط‌های بین کریستالی را ارائه می‌کند. >β−Si₃N₄ و آمورف (i) CeO2-x و همچنین (ii) فیلم بین دانه ای SiO2 (IGF). این رابط‌ها از اهمیت اساسی و تکنولوژیکی برخوردار هستند زیرا نقش مهمی در تکامل ریزساختاری و خواص مکانیکی سرامیک‌های Si3N4 دارند که در بسیاری از کاربردهای دما و فشار بالا استفاده می‌شوند. سهم اصلی این کار شرح مفصل آن از ویژگی‌های پیوند اتم‌های سبک، به ویژه اکسیژن و نیتروژن، در این رابط‌ها است که قبلاً به دست نیامده بود. اطلاعات مقیاس اتمی در مورد آرایش اتم های سبک و سنگین برای مدل سازی واقعی خواص رابط، مانند قدرت رابط و انتقال یون، حیاتی است و افزایش کنترل بر عملکرد مواد سرامیکی و نیمه هادی را برای طیف وسیعی از مواد تسهیل می کند. درخواست ها.

این پایان نامه دکترا توسط دانشگاه ایلینوی-شیکاگو، شیکاگو، ایالات متحده آمریکا پذیرفته شده است.

This thesis presents results from a combined atomic-resolution Z-contrast and annular bright-field imaging and electron energy loss spectroscopy in the Scanning Transmission Electron Microscopy, as well as first principles studies of the interfaces between crystalline β−Si₃N₄ and amorphous (i) CeO2-x as well as (ii) SiO2 intergranular film (IGF). These interfaces are of a great fundamental and technological interest because they play an important role in the microstructural evolution and mechanical properties of Si3N4 ceramics used in many high temperature and pressure applications. The main contribution of this work is its detailed description of the bonding characteristics of light atoms, in particular oxygen and nitrogen, at these interfaces, which has not been achieved before. The atomic-scale information on the arrangement of both light and heavy atoms is critical for realistic modeling of interface properties, such as interface strength and ion transport, and will facilitate increased control over the performance of ceramic and semiconductor materials for a wide-range of applications.

This Doctoral Thesis has been accepted by the University of Illinois-Chicago, Chicago, USA.