PEŁNY TEKST/FULL TEXT - pdf

3
czasopismo naukowo-techniczne
redagowane przy współudziale
POLSKIEGO
TOWARZYSTWA
MATERIAŁOZNAWCZEGO
NR 3 (199) ROK XXXV
MAJ–CZERWIEC 2014
ORGAN NACZELNEJ ORGANIZACJI TECHNICZNEJ
Roman Pampuch
Immanentne i przyswojone własności
zaawansowanych materiałów ceramicznych
Wstęp
Pod własnościami immanentnymi rozumie się takie, które nie wynikają z działania jakiegoś czynnika zewnętrznego (czytaj – człowieka). Własności te w pierwszym rzędzie decydują o dziedzinie
zastosowania materiałów. Typowym przykładem jest wykorzystanie immanentnych własności minerałów i skał skorupy ziemskiej
dla wytwarzania klasycznych materiałów ceramicznych [1÷7].
Optymalne wykorzystanie immanentnych własności zaawansowanych materiałów ceramicznych wytwarzanych z syntetycznych
lub głęboko przetworzonych surowców jest ważnym elementem
współczesnej cywilizacji postindustrialnej. W wielu przypadkach
wymaga to jednak przyswojenia materiałom nowych własności
użytkowych za pomocą odpowiednich technologii [6, 8÷11].
Własności immanentne są przedmiotem zainteresowania głównie nauk podstawowych, natomiast własności przyswojone użytkowe są najczęściej owocem myśli inżynierskiej. Przez konfrontację
własności immanentnych i przyswojonych można więc konkretnie
przedstawić sposób myślenia i działania inżynierii materiałowej,
która – według założeń i ogólnych definicji – zajmuje się relacjami
między wiedzą z zakresu nauk podstawowych a myśleniem inżynierskim [12] .
Własności immanentne a kategorie zaawansowanych
materiałów ceramicznych
Według standardowego modelu fizyki cząstek, własności materii
zależą od oddziaływań (natury elektromagnetycznej) tworzących
materię fermionów, takich jak protony, neutrony i elektrony. W przekładzie na język chemiczny oznacza to, że własności immanentne
materiałów określa typ tworzonych przez elektrony walencyjne
trwałych wiązań chemicznych. Nie wystarczają tu jednak tylko graniczne modele wiązań: metalicznych, kowalencyjnych i jonowych.
Prof. dr hab. inż. Roman Pampuch ([email protected]) – Wydział
Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH, Kraków
240 W celu racjonalnego wyjaśnienia wpływu typu wiązań na własności substancji nieorganicznych i organicznych wprowadzono
pojęcia elektroujemności pierwiastków [13]. Tak poszerzonym
opisem typu wiązań posłużymy się tutaj, rozpatrując wpływ na
stan elektronów walencyjnych i typ wiązań efektywnego ładunku rdzenia atomowego, Zef , tj. ładunku ekranowanego przez wewnętrzne orbitale.
Według Goerlicha [14] w układzie współrzędnych: x = Zef ,
y = 1 – (Zef,1/Zef,2) cechy wszystkich typów wiązań w fazach
skondensowanych mieszczą się wewnątrz trójkąta typów wiązań
o narożach odpowiadających modelom wiązań jonowych (I) metalicznych (M) i kowalencyjnych (C) (rys. 1). Pierwsza ze współrzędnych określa wpływ Zef na lokalizację elektronów walencyjnych przy rdzeniu: im większy Zef , tym silniejsze jest powiązanie
elektronów walencyjnych z rdzeniem atomowym i wyższy stopień kowalencyjności tworzonych przez nie wiązań. W przypadku wiązań heterojądrowych jako miarę Zef można przyjąć średnią
geometryczną (Zef,1 Zef,2)1/2, gdzie indeksy 1 i 2 oznaczają dwa rodzaje rdzeni. Druga ze współrzędnych określa wzrost asymetrii
ładunku w wiązaniu i tym samym stopnia jonowości wiązania
przy zwiększeniu się stosunku Zef,1/Zef,2 (Zef,1 < Zef,2).
Rysunek 1 ilustruje dane dla typowych wiązań występujących w zaawansowanych materiałach ceramicznych naniesione
na trójkąt typów wiązań. Można je podzielić na cztery kategorie,
z których każda odpowiada wiązaniom występującym w materiałach o zbliżonych własnościach immanentnych [6].
Wskutek małych wartości Zef półprzewodniki cechuje stosunkowo słabe związanie elektronów walencyjnych z rdzeniem
atomowym. Dzięki temu elektrony te silnie oddziałują z zewnętrznymi polami elektromagnetycznymi zarówno bliskimi, jak
i dalekimi (tj. światłem słonecznym). Ujmuje się to bardziej
precyzyjnie, mówiąc, iż fotony światła słonecznego o energii
hν ≤ 3 eV oddziałują z elektronami walencyjnymi dzięki temu,
że stan podstawowy i pierwszy wzbudzony stan tych elektronów
dzieli w półprzewodnikach przerwa energetyczna o wartości
Eg < 3 eV. Oddziaływanie oznacza, że fotony ulegają absorpcji
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
ROK XXXV
[1- (Zef,1/Zef,2)] x 100
I
90
80
70
60
Ti-O
Ba-O
Ca-O
Mg-O
gazy szlachetne
Cd-S
50
40
30
20
10
0
0
metale i
związki
mięędzymetaliczne
M.
0,5
2
Ga-N
Al-O
Zr-O
Si-O
Si-N
Ga-As
1
1,0
3
Si-C
Si-Si
1,5
2,0
C-C
4
2,5
3,0
C
3,5
1/2
Z ef [Ry]
Rys. 1. Naniesione na trójkąt typów wiązań dane dla charakterystycznych wiązań w zaawansowanych materiałach ceramicznych. Dane dla
wiązań występujących w materiałach o zbliżonych własnościach immanentnych są położone na określonych polach trójkąta [6]; 1 – wiązania o niskim stopniu jonowości w półprzewodnikach, 2 – wiązania
o wysokim stopniu jonowości w półprzewodnikach, 3 – wiązania o wysokim stopniu jonowości w dielektrykach, 4 – wiązania o wysokim
stopniu kowalencyjności w dielektrykach
Fig. 1. Data for typical bonds of advanced ceramic materials put on
the bond type triangle and divided in categories according to immanent
properties of the materials, after [6]; 1 – bonds of a high covalent contribution in semiconductors, 2 – bonds of a high ionic contribution in
semiconductors, 3 – bonds of a high ionic contribution in dielectrics,
4 – bonds of a high covalent contribiution in dielectrics
i przekazują swą energię elektronom walencyjnym. Wskutek tego
półprzewodniki są nieprzezroczyste.
Ze względu na typ wiązań i wiele własności półprzewodniki
można podzielić na dwie kategorie. Jedną z nich tworzą półprzewodniki z tzw. prostą przerwą energetyczną: GaAs, GaN czy CdS,
w których wiązania mają stosunkowo wysoki stopień jonowości.
Nazwijmy je półprzewodnikami jonowymi. Oddziaływanie fotonów i elektronów walencyjnych odbywa się tu bez udziału fononów,
co ma istotne znaczenie dla zastosowań w optoelektronice. Drugą
kategorię półprzewodników tworzą Si, Ge, SiC, w których wiązania
mają i niski stopień jonowości (Si-Si, Si-C, Ga-P iyp) i które cechuje skośna przerwa energetyczna. Ich własności są szeroko wykorzystywane w tranzystorach i diodach półprzewodnikowych .
W przypadku wiązań typowych dla dielektryków występują
większe niż u półprzewodników wartości Zef . Wskutek tego elektrony walencyjne są związane silnie z rdzeniem atomowym i nie
oddziałują z dalekimi polami elektromagnetycznymi. Natomiast
1-
bliskie pola elektromagnetyczne mogą wywoływać tylko nieznaczne przemieszczenia elektronów walencyjnych (polaryzację), a nie
przenoszenie ładunku. Dielektryki są więc (najczęściej) izolatorami
elektrycznymi i są przezroczyste. Klasycznym przykładem przezroczystych materiałów w naturze są kamienie szlachetne, takie
jak monokrystaliczny diament, szafir i rubin oraz przezroczyste
materiały wykorzystywane na pręty osnów laserów, jak Y3Al5O12,
α-Al2O3 i szkła tlenkowe.
Wiązania o wysokim stopniu jonowości, np. Ba-O, Ti-O Nb-O,
są charakterystyczne dla niobianów (tj. zawierających grupy NbO3),
BaTiO3, Pb(ZryTi1–y)O3, tj. PZT oraz PZT z domieszką La: PLZT.
Przy wysokim stopniu jonowości wiązań polaryzacja jest najczęściej samorzutna, a zmiana orientacji utworzonych dzięki temu dipoli elektrycznych pod wpływem ciepła, siły i zewnętrznego pola
elektromagnetycznego wywołuje znaczne efekty piro-, piezo- i ferroelektryczne. Tę kategorię można zatem określić mianem dielektryków jonowych.
Do drugiej kategorii: dielektryków, zaliczają się materiały o niskim stopniu jonowości i najwyższym wśród materiałów ceramicznych stopniu kowalencyjności wiązań (Al-O, Zr-O, Si-C, S-N czy
C-C). Należą tu takie materiały, jak: Al2O3, Si3N4, ZrO2, diament
czy SiC (wiązanie Si-C jest położone na trójkącie typów wiązań na
pograniczu kategorii półprzewodników i dielektryków). Wszystkie
są typowymi konstrukcyjnymi materiałami ceramicznymi. Dzięki
temu, że występujące w nich wiązania kowalencyjne tworzą gigantyczną (w skali nanometrów) sieć wiązań, materiały te są immanentnie odporne termicznie oraz sztywne, sprężyste i odporne na zużycie.
Pozornie zaskakuje, że według kryterium Zef i wysokiego stopnia
kowalencyjności wiązań do kategorii dielektryków trzeba zaliczyć
także niezwyczajne przewodniki ładunku elektrycznego. Takie jak
grafit, grafen, nanorurki węglowe, które cechuje bardzo duża ruchliwość elektronów w temperaturze pokojowej oraz typowe nadprzewodniki wysokotemperaturowe, jak YBa2Cu3O7-y i pokrewne
miedziany [15]. W tym kontekście warto jednak przypomnieć, że
unikatową cechą wiązań kowalencyjnych jest tworzenie się tzw. wiązań „wiszących” przy przerwaniu ciągłości sieci ich wiązań. W wiązaniach „wiszących” występują niesparowane elektrony o bardzo dużej energii potencjalnej. Zgodnie z teorematem wirialnym przekłada
się to na wysoką energię kinetyczną elektronów w polu elektromagnetycznym, a to na dużą ruchliwość elektronów, korzystną także
dla nadprzewodnictwa. Wspomniane materiały mają strukturę warstwową, utworzoną przez wiązania kowalencyjne. Nie jest więc wykluczone powstawanie tu wiązań wiszących na perymetrze warstw,
z czym jest zgodne stwierdzenie w obu przypadkach uprzywilejowanego przenoszenia ładunku wzdłuż płaszczyzn warstw.
Oparta na przedstawionej dyskusji klasyfikacja zaawansowanych materiałów ceramicznych według ich własności immanentnych (rys. 2) bazuje na bardziej racjonalnych podstawach niż częste
ich utożsamianie tylko z dielektrykami czy podział na materiały
Z ef1
Z ef2
wzrost asymetrii
rozmieszczenie elektronów
walencyjnych w wiązaniu
Półprzewodniki jonowe
(np.GaAs,GaN,CdS)
Dielektryki jonowe
(np..BaTiO3 , Pb(Zr yTi1-y)O3
Półprzewodniki
kowalencyjne
(np. Si, Ge, SiC)
Dielektryki
kowalencyjne
(np. Al 2 O 3 , ZrO 2,
Si3N4 , SIC)
Z
ef,śr
wzrost lokalizacji elektornów walencyjnych
przy rdzeniu atomowym i osłabienie ich
oddzialywania z polami elektromagnetycznymi
Rys. 2. Racjonalna klasyfikacja zaawansowanych materiałów ceramicznych (bliższe omówienie w tekście)
Fig. 2. A rational classification of advanced ceramic materials (discussion in the text)
NR 3/2014 INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
241
konstrukcyjne i funkcjonalne, czy wreszcie klasyfikacja według
składu chemicznego materiału, np. na tlenki, azotki, węgliki itd.
Klasyfikacja ta może zatem stać się skutecznym narzędziem w projektowaniu nowych materiałów. Przynajmniej w zakresie zaawansowanych materiałów ceramicznych, bo te mają stosunkowo prosty
skład chemiczny i budowę.
Przykłady własności przyswojonych
Własności półprzewodników przyswojone przez utworzenie
roztworów stałych
Głównymi własnościami użytkowymi półprzewodników jest generacja prądu lub jego brak w elementach półprzewodnikowych, takich jak dioda i tranzystor, oraz generacja wzbudzonych elektronów
przez fotony i na odwrót – fotonów przez wzbudzone elektrony
(optoelektronika). Zastosowania te wymagają z reguły przyswojenia samoistnym półprzewodnikom nowych własności użytkowych.
W tym celu tworzy się w samoistnych półprzewodnikach ograniczony przestrzennie obszar roztworu stałego atomów o wartościowości wyższej (B) lub niższej (C) od atomów rodzimych (A). Po
wbudowaniu do węzłów struktury zajmowanych przez atomy A atomy B mają słabo związane z jądrem nadmiarowe elektrony walencyjne (tworzące poziomy donorowe), a atomy C – słabo związane
nadmiarowe dziury elektronowe (tworzące poziomy akceptorowe).
Ulegają one łatwo jonizacji według reakcji BxA → B▪A + e’ (w paśmie przewodnictwa) i CxA → C’A + h▪ (w paśmie walencyjnym).
W obszarze dotowanym przez atomy B większościowymi nośnikami ładunku stają się elektrony (tworzy się półprzewodnik nieswoisty typu n), a w obszarze dotowanym przez atomy C – dziury
elektronowe (tworzy się nieswoisty półprzewodnik typu p). Między
półprzewodnikami typu p i n powstaje granica rozdziału – złącze pn
(rys. 3a). Wskutek oddyfundowania słabo związanych elektronów
(e’) i dziur (h▪) w złączu pn powstaje strefa zubożona (w ruchliwe
a.
n
+
poziomy akceptorowe
ogołocone z dziur
elektronowych
+
poziomy donorowe
ogołocone z eleketronów
strefa
zubożona
b.
c.
ogniwo fotowoltaiczne
h
e
dioda elektroluminescnecyjna
+
h
e
_
rekombincja e + h
złącze pn spolaryzowane
w kierunku przewodzenia
Rys. 3. Schemat złącza pn między nieswoistymi półprzewodnikami
typu p i n (a); funkcja złącza pn w działaniu ogniwa fotowoltaicznego
(b) i diody elektroluminescencyjnej (c)
Fig. 3. Schema of pn junction between p- and n-type extrinsic semiconductors (a); functioning of the junction in a photovoltaic cell (b) and in
a electroluminescent diode (c)
242 Warstwy antyrefleksyjne z przezroczystych dielektryków, jak Al2O3,
SiO2, MgO, ZrO2, Si3N4 i fluorki, stanowią jeden z największych
pod względem produkowanego tonażu rodzaj tej kategorii materiałów. Naniesienie takich warstw na przykład na ogniwa słoneczne ma
na celu zwiększenie absorptancji (A) maksymalnego wykorzystania
energii słonecznej przez ogniwo. Zgodnie z zasadą zachowania energii: A + R + T = 1 przy bardzo małej transmitancji (T) półprzewodzącego podłoża Si można to osiągnąć dzięki małej reflektancji R na
granicy rozdziału powietrze-przezroczysta warstwa:
R = {(n1 − n2)/(n1 + n2)}2
(1)
gdzie: n1 – współczynnik załamania światła powietrza = 1; n2 –
współczynnik załamania ośrodka gęstszego optycznie. Gdy n2 ≈ 1,5,
co jest częstym przypadkiem u przezroczystych dielektryków, można
osiągnąć reflektancję R ≈ 0,04.
Własności dielektryków o wysokim stopniu jonowości wiązań,
przyswojone przez tworzenie roztworów stałych
i wprowadzenie granic rozdziału
Rezystywność [W.cm]
-
p
-
Własności półprzewodników przyswojone
dzięki pokryciu ich cienkimi warstwami
Monokrystaliczny BaTiO3 jest immanentnie przezroczystym dielektrykiem. Wiązania Ba-O i Ti-O leżą na trójkącie typów wiązań
na krawędzi wiązań występujących u półprzewodników. Nietrudno więc przyswoić BaTiO3 własności półprzewodnika, tworząc
roztwory stałe Sc, Ce czy Nd o małym stężeniu. Jeśli dodatkowo
wprowadzi się do BaTiO3 granice rozdziału, wytwarzając go w postaci polikryształu, to wówczas materiał ten uzyskuje w określonej
temperaturze (temperaturze Curie) około 130°C niezwykłą własność. Mianowicie w odróżnieniu od monokrystalicznego BaTiO3,
złącze pm
-
nośniki ładunku) i ładunek przestrzenny, który tworzą atomy domieszek ogołocone z elektronów i dziur elektronowych.
W ogniwach fotowoltaicznych fotony generują identyczną liczbę
wzbudzonych elektronów (e’) i dziur elektronowych (h▪). Natychmiastowe ich rozdzielenie pod wpływem ładunku przestrzennego w strefie zubożonej złącza pn zapobiega ich natychmiastowej rekombinacji
(rys. 3b). Rekombinacja zachodzi dopiero na kontakcie zewnętrznego obwodu, dzięki czemu przez obwód przepływa użyteczny prąd.
W przypadku diod elektroluminescencyjnych (LED) trzeba natomiast
zapewnić intensywną i szybką rekombinację dziur elektronowych
i elektronów. Jest to możliwe, gdy dominujące w półprzewodniku
typu n wzbudzone elektrony są wstrzykiwane do obszaru dominacji
dziur elektronowych (półprzewodnika typu p) pod wpływem bliskiego zewnętrznego pola elektromagnetycznego (rys. 3c).
10
7
105
103
10
1
40
80
120
160
Temperatura [ 0C]
Rys. 4. Zmiana rezystywności z temperaturą polikrystalicznego
BaTiO3 dotowanego Ce
Fig. 4. Resistivity change with temperature of Ce-doped, polycrystalline
BaTiO3
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
ROK XXXV
którego rezystywność zmniejsza się nieznacznie z temperaturą, tak
przetworzony tytanian baru zwiększa swoją rezystywność o prawie
szereg rzędów wielkości w wąskim zakresie temperatury (rys. 4).
Przyczyna tego zjawiska nie jest dobrze rozpoznana. Niemniej ten
anormalnie duży, nieliniowy odzew na zewnętrzny bodziec jakim
jest temperatura wykorzystuje się do realizacji ujemnego sprzężenia zwrotnego, np. dla samoczynnej regulacji temperatury grzejników z BaTiO3 na określonym poziomie. Przypomina to inteligentną reakcję i stąd materiał nazywany jest „inteligentnym”. Rzadkie
przykłady innych materiałów inteligentnych to metale z pamięcią
kształtu, BiCeO3, TbMnO3 czy Pb(Fe0,33Ni0,66)O3.
Własności dielektryków o wysokim stopniu kowalencyjności
wiązań przyswojone przez wprowadzenie słabych
granic rozdziału
Sieć wiązań kowalencyjnych i wynikająca stąd duża sztywność
powodują, że monokrystaliczne materiały tej kategorii są kruche.
Oznacza to kruche zniszczenie (rozpad na części) wskutek rozprzestrzeniania się istniejących w materiale pęknięć i zarodków
pęknięć już przy nieznacznym odkształceniu względnym εF. Kruche zniszczenie wymaga więc małego wkładu energii U F, która
na przykład w przypadku bardzo cienkiej płytki w płaskim stanie
odkształcenia jest dana przez U F = ½σεF, gdzie σ –wytrzymałość
materiału, εF – odkształcenie względne przy zniszczeniu. Wzrost
U F przez zwiększenie zarówno σ, jak i εF , może więc przyczynić się
do zmniejszenia kruchości materiału. Te własności przyswaja się,
wprowadzając do materiału słabe granice rozdziału [16]. Między
mało zdefektowanymi ziarnami czy włóknami, jak to ma miejsce
w polikryształach oraz kompozytach włóknistych i ziarnistych,
podczas obciążania materiału występuje rozgałęzianie pęknięć
a.
b
wzdłuż słabych granic rozdziału (rys. 5) i ich mostkowanie (rys. 6).
Drugi z efektów zwiększa σ. Natomiast pierwszy zwiększa εF, co
jednak wymaga szerszego komentarza. Pęknięcie, powstałe wskutek rozgałęzienia się wzdłuż słabej granicy rozdziału prostopadłej
do kierunku pierwotnego pęknięcia, jak na rysunku 5, znajduje się
pod mniejszym naprężeniem niż pęknięcie pierwotne. Zmniejsza
to tendencję takich pęknięć do dalszego rozprzestrzeniania się
i w materiale powstaje wskutek tego sieć metatrwałych mikropęknięć. Zwiększa to wartość εF. Rozgałęzianiem się i mostkowaniem
pęknięć można sterować, dobierając skład fazowy [17]. W kompozytach ziarnistych stykają się ze sobą ziarna faz o różnych modułach sprężystości i współczynnikach rozszerzalności cieplnej.
Wywołane przez rożną skurczliwość stykających się ziaren pola
resztkowych naprężeń cieplnych (rys. 7) sprzyjają, zależnie od
własności składowych faz, albo rozgałęzianiu, albo mostkowaniu
pęknięć podczas obciążania materiału bądź obu zjawiskom naraz.
Własności przezroczystych dielektryków
przyswojone przez zmiany wielkości ziaren
W immanentnie przezroczystych materiałach polikrystalicznych
na granicach rozdziału ośrodków o różnej gęstości optycznej, takich jak granica ziaren, granica rozdziału por-ciało stałe itp., może
zachodzić załamanie światła. Pod warunkiem jednak, że rozmiary tych nieciągłości mają rozmiary porównywalne z długością fal
światła widzialnego (od około 300 do 700 nm). Ponieważ nieciągłości takie tworzą się najczęściej na perymetrze ziaren materiału,
można powiedzieć, że sytuacja taka występuje, gdy ziarna materiału mają określony rozmiar. Przy ich dużym stężeniu nieciągłości
powodują rozproszone odbicie wiązki światła i materiał staje się
nieprzezroczysty. Materiał sprawia wrażenie białego – jeśli odbija
i rozprasza się cały zakres widma światła widzialnego. Przy znacznym zmniejszeniu wielkości ziaren rozmiary nieciągłości są mniejsze od długości fal światła widzialnego i nieciągłości zaczynają być
niewidoczne dla światła zakresu widzialnego; materiał uzyskuje
wysoką transmitancję i staje się przezroczysty (rys. 8).
Jeśli w przezroczystym materiale występują elementy absorbujące selektywnie wąski zakres widma światła widzialnego, to wów-
a.
Rys. 5. Odgałęzianie w obciążonym materiale pęknięć wzdłuż słabej
granicy rozdziału
Fig. 5. Crack branching in a loaded material along weak interfaces
b.
1
2
Rys. 6. Mostkowanie pęknięć przez sztywne i wytrzymałe włókna
w późniejszym etapie pękania (2) kompozytu włóknistego
Fig. 6. Crack bridging by stiff and strong fibres in a later phase (2) of
cracking in fibruous composite
NR 3/2014 Rys. 7. Lewa strona: eksperyment myślowy powstawania resztkowych
naprężeń cieplnych podczas ochładzania po spieczeniu kompozytu
ziarnistego z ziarnami o różnym współczynniku rozszerzalności cieplnej αi. Prawa strona: schemat resztkowych naprężeń cieplnych na
granicach ziaren dla przypadku α2 < α1 (a) oraz α2 > α1 (b); indeks 1
oznacza ziarno osnowy, indeks 2 – ziarno wtrącenia
Fig. 7. Left-hand schema: mental experiment for determining residua
thermal stresses which occur on cooling a sintered particulate composite,
the composite having grains of a different thermal expansion coefficient
αi . Right-hand schema: residual thermal stresses at grain boundaries in
the case of α2 < α1 (a) and and α2 > α1 (b); indices 1 and 2 denote, respectively, grains of the matrix and of the dispersed grains
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
243
Literatura
[1] Jouenne M.: Céramique générale. Notions de Physico-chimie, Gautier
-Villars, Paris (1959).
[2] Kingery W. D.: Introduction to ceramics. Wiley and Sons, New York
(1962).
[3] Kurdowski W.: Chemia cementu i betonu. Wyd. Stowarzyszenia Producentów Cementu, Kraków (2010).
[4] Petzold A.: Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe. VEB Deutscher
Verlag für Grundstoff Industrie , Leipzig (1981).
[5] Pampuch R.: Ceramic materials: An introduction to their properties. PWN
Warszawa, Elsevier, Amsterdam (1976).
[6] Pampuch R.: Wykłady o ceramice. Wydawnictwa AGH, Kraków (2013).
[7] Stoch L.: Minerały ilaste. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa (1974).
[8] Kingery W. D., Bowen H. K., Uhlmann D.: Introduction to ceramics. 2nd
ed., Interscience – J. Wiley, New York (1976).
[9] Aldinger F., Weberruss V. A.: Advanced ceramics and future materials. J.
Wiley-VCh, Weinheim (2011).
[10] Lis J., Pampuch R.: Spiekanie. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków (2000).
[11] Pampuch R.: ABC of contemporary ceramic materials. World Academy of
Ceramics, Faenza (2009).
[12] Grabski M., Kozubowski J. A.: Inżynieria materiałowa. Oficyna
Wydawnicza Politechniki Warszawskiej (2003).
[13] Pauling L.: Nature of the chemical bond. Cornell University Press (1980).
[14] Goerlich E.: The effective nuclear charge and the electronegativity. Polska
Akademia Umiejętności, Kraków (1997).
[15] Bednorz J. G., Müller A. K.: Perovskite-type oxides: The new approach to
high-Tc superconductivity. Review of Modern Physics 60 (1988) 585÷600.
244 Transmitancja światła widzialnego
czas sprawia wrażenie barwnego. Elementami tymi mogą być rodzime kationy, takie jak Fe3+, Co+, Ti4+, Zn+. Coraz większe znaczenie
mają też cząstki rozmiarów nanometrów [18], np. kropki kwantowe
półprzewodników (Fe2O3, TiO2, ZnO, TiO2). W kropkach kwantowych energia wzbudzonych elektronów jest skwantowana i nie
występują tu pasma energii elektronów. Nanocząstki zachowują się
więc optycznie jak pojedyncze atomy. Sprawia to m.in., że barwa
materiału jest bardziej nasycona, co wykorzystuje się, wytwarzając
nanopigmenty o soczystej barwie.
rozmiar cząstek (defektów)
Rys. 8. Transmitancja T światła zakresu widzialnego w dielektrykach
w zależności od rozmiarów ziaren i związanych z nimi nieciągłości
gęstości optycznej materiału; transmitancję wyraża się przez udział
światłą o określonej długości fali, które przechodzi przez materiał
Fig. 8. Transmittance T of visible light in dielectrics vs size of grains and
associated discontinuities of optical density in the material; transmittance is the fraction of light of a given wavelength which passes through
the material
[16] Aveston G., Cooper G., Kelly A.: Single and multiple fracture. [in:] Properties of composites, IPC Science and Technology Press Guildford (1971)
14÷20.
[17] Pampuch R.: Właściwości kompozytów ziarnistych. Polska Akademia
Nauk O/Kraków, Prace Komisji Nauk Ceramicznych, Ceramika 66 (2001)
43÷52.
[18] Kurzydłowski K. J., Lewandowska M.: Nanomateriały inżynierskie konstrukcyjne i funkcjonalne. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
(2010).
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
ROK XXXV