Модификации тонких пленок наноструктурированного сплава с памятью формы Ni-Ti, вызванные электронным возбуждением

Модификации тонких пленок наноструктурированного сплава с памятью формы Ni-Ti, вызванные электронным возбуждением.

В. Кумар, Р. Сингхал, Р. Вишной, М. Гупта, П. Шарма, М. К. Банерджи, К. Асокан, H. Шарма, А. Гупта, Д. Канджилал

1Кафедра физики, Национальный технологический институт имени Малавии в Джайпуре, JLN Marg, Malviya Nagar, Джайпур 302017, Индия

2Кафедра физики, колледж Вардхман, Бижнор, штат Ю.П. 246701, Индия

3Консорциум UGC-DAE для научных исследований, Университетский кампус, Khandwa Road, Индор 452001, Индия 4Факультет металлургии и материаловедения, Национальный технологический институт имени Малавии в Джайпуре, JLN Marg, Malviya Nagar, Джайпур 302017, Индия

5Межвузовский ускорительный центр, Аруна Асаф Али Марг, Нью-Дели 110067, Индия

6Центр спинтронных материалов Amity, Университет Amity, сектор 125, Ноида 201303, Индия

*Корреспондирующий автор, E-mail: rsinghal.phy@mnit.ac.in

Принято: 11 октября 2015 г., пересмотрено: 25 июля 2016 г. и принято: 06 сентября 2016 г.

DOI: 10.5185/amlett.2017.6211

www.vbripress.com/aml

Аннотация

В настоящей работе изучается влияние облучения ионами Au с энергией 120 МэВ при различных флюенсах от 1×1012 до 3×1013 ионов/см2 на структурные и электрические свойства тонких пленок никель-титановых (Ni-Ti) сплавов с памятью формы (SMAs), выращенных на подложке Si с помощью магнетронной со-сеттерной обработки постоянным током. Морфология поверхности, кристаллизация и фазовые превращения этих пленок были исследованы с помощью полевой эмиссионной сканирующей электронной микроскопии (FESEM), атомно-силовой микроскопии (AFM), рентгеновской дифракции (XRD) и метода измерения четырехтерминального сопротивления. Рентгенограмма показывает, что в нетронутой пленке существуют обе фазы - мартенсит и аустенит. Измерение удельного сопротивления показало двухстороннее преобразование из кубической в ромбоэдрическую и из ромбоэдрической в моноклинную фазу в первозданной пленке и снижение температуры преобразования с увеличением флюенса. При более высоких флюенсах 5×1012 и 1×1013 ионов/см2 пленки показали неметаллическое поведение, что может быть связано с беспорядком, возникающим в этих пленках в результате воздействия ионов и образования осадков. Элементный состав нетронутой пленки определен методом спектроскопии обратного рассеяния Резерфорда.

Введение

В настоящее время спрос на микромашины значительно возрос в различных областях, таких как биотехнологии, аэрокосмическая промышленность, микроэлектромеханические системы (MEMS), промышленность и различные биомедицинские приложения. Тонкие пленки сплава Ni-Ti могут быть использованы для производства таких микроактуаторов благодаря их уникальным свойствам, таким как устойчивость к большим напряжениям без постоянной деформации, управляемость при низком напряжении, биосовместимость, поведение с памятью формы и др. Кроме того, выход работы на единицу объема этих пленок довольно велик по сравнению с другими микроактуаторами. Недавно сообщалось о сверхнизкоусталостных пленках SMA на основе NiTiCu, содержащих преципитаты Ti2Cu в течение 10 миллионов циклов трансформации для искусственного сердечного клапана или эластокалорического охлаждения. Эти уникальные свойства пленок Ni-Ti обусловлены их различной кристаллической структурой (B2 при высокой температуре проявляет аустенитную фазу и моноклинную при низкой температуре в мартенситной фазе) и поведение фазового превращения. Фазовое превращение сопровождается значительными изменениями структурных и электрических свойств пленок, что позволяет контролировать проектирование и изготовление микроактуаторов. Из нескольких методов одним из эффективных способов получения фазового превращения в сплавах с памятью формы является высокоэнергетическое ионное облучение.