Vysoký měrný povrch
Spoludefinuje efektivitu sorpčních a adsorpčních procesů, chemickou reaktivitu pevných látek a některé katalytické procesy. PVD proces umožňuje strukturovat vrstvy tak, aby poskytovaly vysoký měrný povrch.
Vysoký měrný povrch představuje klíčovou fyzikálně-chemickou vlastnost materiálů, která udává celkovou plochu povrchu pevných látek připadající na jednotku hmotnosti nebo objemu. Tato vlastnost je zásadní pro širokou škálu fyzikálních, chemických a technologických procesů, včetně sorpčních (absorpce, adsorpce), katalytických a elektrochemických reakcí. Měrný povrch ovlivňuje kinetiku a termodynamiku chemických reakcí, a tím přímo spoluurčuje efektivitu aplikací, jako je čištění plynů, kapalin, chemické syntézy, skladování energie, nebo separační technologie.
Materiály s vysokým měrným povrchem mají obecně lepší schopnost interakce s okolním prostředím, protože nabízejí rozsáhlou aktivní plochu pro kontakty s jinými molekulami. V kontextu sorpčních procesů, jako jsou absorpce a adsorpce, vysoký měrný povrch umožňuje větší množství aktivních míst pro uchycení molekul z okolního média. Například u porézních materiálů, jako jsou aktivní uhlí, zeolity nebo mesoporézní oxidy kovů, je vysoký měrný povrch klíčový pro jejich použití jako adsorbentů v procesech odstraňování kontaminantů z vody a vzduchu nebo v katalytických aplikacích.
Z pohledu chemické reaktivity je vysoký měrný povrch důležitý pro pevné látky, neboť více vystavených povrchových atomů nebo molekul znamená vyšší počet aktivních míst, kde může docházet k chemickým reakcím. To je obzvláště významné v heterogenní katalýze, kde jsou katalytické reakce omezeny na povrchové vrstvy katalyzátoru. Vysoký měrný povrch umožňuje intenzivnější interakci mezi reaktanty a katalyzátorem, což vede k vyšší katalytické aktivitě a selektivitě.
PVD technologie představuje soubor metod, které umožňují strukturní a morfologickou manipulaci materiálů na atomární úrovni, což vede k vytvoření vrstev s velmi vysokým měrným povrchem. Procesy PVD, jako je napařování, naprašování (sputtering) a oblouková depozice, zahrnují přeměnu materiálu do plynné nebo plazmové fáze a následnou depozici atomů nebo molekul na substrát. Tento přístup poskytuje vynikající kontrolu nad tloušťkou vrstev, složením, mikrostrukturou a hustotou povrchových defektů, což umožňuje cílenou optimalizaci fyzikálních a chemických vlastností materiálů.
Na Obr.1 je A.Andersem modifikovaný Thorntonův diagram zobrazující možnosti strukturní modifikace PVD povlaků změnou procesních parametrů.
Obr.1 – Thorntonův modifikovaný diagram
(A.Anders, A structure zone Diagram including plasma-based deposition and ion etching, Thin Solid Films 518 (2010), 4087-4090)
Díky těmto schopnostem mohou být prostřednictvím PVD vytvářeny materiály s unikátními vlastnostmi, jako jsou nanostrukturované vrstvy, tenké filmy nebo multivrstevné struktury s vysokým měrným povrchem. Tyto vrstvy mohou být optimalizovány pro různé aplikace v oblastech, jako jsou elektronika, optika, biomedicína nebo vývoj nových katalyzátorů. Například v oblasti katalýzy mohou být vrstvy s vysokým měrným povrchem využity ke zvýšení katalytické aktivity a stability katalyzátorů, zatímco v senzorové technice umožňují vyšší citlivost a selektivitu senzorů na chemické a biologické látky.
