Формирование олеофобных структур оптически-прозрачных бинарных покрытий, осаждаемых реакционным распылением в аргон-азот-кислородной плазме магнетронного разряда тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.08, кандидат наук Бернт Дмитрий Дмитриевич

• Бернт Дмитрий Дмитриевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Бернт Дмитрий Дмитриевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ГИДРОФОБНОСТЬ И СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ

§ 1.1 Гидро- и олеофобность поверхности, основной закон смачивания

1.1.1 Гистерезисные эффекты смачивания

1.1.2 Контактный угол смачивания и радиус растекания капли жидкости по шероховатой поверхности твердого тела

§ 1.2 Олеофобные и супергидрофобные оптически-прозрачные покрытия

1.2.1 Хемомеханическая устойчивость олеофобных оптически-прозрачных покрытий

§ 1.3 Способы получения олеофобных оптически-прозрачных покрытий

1.3.1 Получение олеофобных оптически-прозрачных покрытий в процессе самосборки частиц

1.3.2 Получение олеофобных оптически-прозрачных покрытий переносом структуры на полимеры методом нанопечатной литографии

1.3.3 Получение олеофобных оптически-прозрачных покрытий формированием наноструктур в керамических материалах

§ 1.4 Структурное формирование в материалах, осаждаемых физическим распылением в плазме магнетронного разряда

Выводы к главе

ГЛАВА 2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РУБ - ОСАЖДЕНИЯ ОЛЕОФОБНЫХ ОПТИЧЕСКИ-ПРОЗРАЧНЫХ ПОКРЫТИЙ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ

§ 2.1 Оборудование для осаждения олеофобных оптически-прозрачных покрытий из магнетронной плазмы

2.1.1 Получение олеофобных оптически-прозрачных покрытий осаждением из плазмы магнетронного разряда

2.1.2 Поддержание стабильного процесса реакционного магнетронного распыления

§ 2.2 Определение степени олеофобности поверхности

§ 2.3 Методы характеризации структуры и состава поверхности

§ 2.4 Анализ хемомеханической устойчивости и стабильности олеофобных качеств покрытий

Выводы к главе

ГЛАВА 3. ОЛЕОФОБНЫЕ ОПТИЧЕСКИ-ПРОЗРАЧНЫЕ ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ, НАНОСИМЫЕ НА СТЕКЛЯННЫЕ ПОДЛОЖКИ ИЗ ПЛАЗМЫ МАГНЕТРОННОГО РАЗРЯДА

§ 3.1 Элементный состав и особенностей морфологии поверхности олеофобных тонкопленочных PVD покрытий ZnSn и SiAl

§ 3.2 Оптическая прозрачность и олеофобные качества покрытий

§ 3.3 Оценка эффективности использования олеофобных PVD слоев SiAl и ZnSn для защиты энергоэффективных Low-E покрытий в ходе промышленной переработки

Выводы к главе

ГЛАВА 4. СТАБИЛЬНОСТЬ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КАЧЕСТВ И

ХЕМОМЕХАНИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ ПОКРЫТИЙ

§ 4.1 Стабильность олеофобных и оптических качеств ZnSn и SiAl покрытий

§ 4.2 Механическая устойчивость олеофобных оптически-прозрачных ZnSn и SiAl PVD покрытий

§ 4.3 Химическая устойчивость низкоэмиссионных многослойных покрытий на стекле с верхним защитным олеофобным слоем

§ 4.4 Изменение олеофобных качеств оптически-прозрачных PVD покрытий SiAl и ZnSn при абразивном истирании

Выводы к главе

ГЛАВА 5. МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ ОЛЕОФОБНОЙ СТРУКТУРЫ

ОПТИЧЕСКИ-ПРОЗРАЧНЫХ БИНАРНЫХ ПОКРЫТИЙ, РЕАКЦИОННО

ОСАЖДАЕМЫХ ИЗ Ar+O2+N2 ПЛАЗМЫ МАГНЕТРОННОГО РАЗРЯДА

§ 5.1 Расчет состава осаждаемого вещества

§ 5.2 Экспериментальное наблюдение «оксидного» и «нитридного» состояний реакционного распыления мишеней в Ar+N2+O2 газовой смеси по характеристическому излучению плазмы

§ 5.3 Влияние концентрации азота в реакционной газовой смеси на состав мишени и покрытия

§ 5.4 Процесс аномального роста зерен

Выводы к главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование олеофобных структур оптически-прозрачных бинарных покрытий, осаждаемых реакционным распылением в аргон-азот-кислородной плазме магнетронного разряда»

ВВЕДЕНИЕ

Осаждение функциональных тонкопленочных покрытий различных свойств широко используется в настоящее время во многих отраслях промышленности, и осуществляется рядом различных доступных способов. Зачастую, реализуется осаждение сложных многокомпонентных тонких пленок, в т.ч. оксинитридов мультиэлементных сплавов. Такие многокомпонентные пленки проявляют различные структурные особенности в зависимости от метода осаждения и параметров процесса, а результирующие структурные особенности в свою очередь во многом определяют свойства нанесенного покрытия. Часто наблюдается формирование нано- и микрозерен, квазикристаллических образований, столбчатых структур и т.п. Фазовые составы сложных тонких пленок также существенно разнятся [1-4].

В некоторых случаях необходимо избегать формирования сильно развитой структуры тонкопленочного покрытия, например, в приложениях высокоточной оптики, где оно может привести к нежелательному увеличению рассеяния проходящего и отраженного света в видимом диапазоне длин волн [5]. Другим примером могут быть тонкопленочные решения в микроэлектронике, где наличие многочисленных контактных зон на границах индивидуальных зерен высокоразвитой гранулярной структуры ведет к значительному увеличению паразитного электросопротивления [6]; или покрытия для повышения износоустойчивости поверхности, когда важным фактором является устойчивость покрытия к экстремально высоким температурам и многочисленным циклам нагрева и остывания. В других случаях высокая структурная развитость осаждаемых покрытий напротив желательна - например, в ряде приложений по обеспечению износостойкости поверхности, где она может привести к перераспределению и существенному снижению внутренних напряжений в пленке, что обеспечивает увеличение качеств механической устойчивости покрытия [7, 8].

Одной из наиболее многообещающих областей приложения эффекта структурообразования при росте тонкопленочных покрытий является создание гидро- и олеофобных/фильных поверхностей. Такие тонкопленочные решения позволяют осуществлять обработку изделий, изменяющую степень сродства их поверхностей жидкостям различных вязкостей. В случае совмещения гидро- и олеофобных/фильных качеств осаждаемых покрытий с их относительной прозрачностью по отношению к видимому излучению, такие тонкопленочные решения являются крайне желательными для широкого спектра возможных применений, например: покрытия для архитектурного остекления, покрытия на стекле и пластиках для транспортных применений, различные биомедицинские устройства, дисплейные и осветительные технологии, фотовольтаика, электроконденсаторные приложения, в которых повышенная смачиваемость обеспечивает увеличение емкости, и т.д.

При этом наиболее часто применяемым способом нанесения в т.ч. многокомпонентных тонкопленочных покрытий среди спектра распылительных и испарительных методов является физическое парофазное осаждение материала из плазмы магнетронного разряда [9-11]. Одной из причин распространенности данного способа является обеспечиваемый им контроль большого количества индивидуальных параметров процесса осаждения и крайне хорошая масштабируемость.

Тенденции и механизмы развития структурных особенностей тонких пленок еще достаточно мало объяснены, даже для простых оксидов, нитридов и оксинитридов, осаждаемых магнетронным распылением. Потенциально более ценными для прикладного промышленного применения являются, в свою очередь, бинарные покрытия, осаждаемые реакционным распылением двухкомпонентных мишеней в присутствии реакционной кислородно-азотной компоненты смеси рабочих газов. Это связано с возможностью совмещения в таких покрытиях ряда желательных функциональных свойств, таких как хорошая адгезия к подложкам различных материалов, износостойкость,

высокая химическая стабильность, а также, в т.ч., и олеофобные качества. Для них, однако, практически нет информации ни о тенденциях формирования структурных особенностей, ни о влиянии на них параметров процесса осаждения и режимов горения плазменного разряда. Недостаток понимания основ процессов формирования таких структур тормозит эффективное использование этих технологий в новых областях применения.

Поэтому, исследование механизмов формирования олеофобных структур оптически-прозрачных бинарных покрытий в ходе их реакционного осаждения из плазмы магнетронного разряда в присутствии многокомпонентных смесей рабочих газов представляет значительный научный и практический интерес. Изучение получаемой структуры тонких бинарных пленок и их результирующих олеофобных качеств в зависимости от составов распыляемой мишени и смеси рабочих газов, а также от параметров горения плазменного разряда, является целью настоящей работы. Понимание этих процессов обеспечит дальнейшее развитие и оптимизацию функциональных тонкопленочных покрытий, и возможность их более широкого применения во многих отраслях промышленности.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены следующие

задачи:

1. Получение олеофобных оптически-прозрачных тонкопленочных покрытий, наносимых на стеклянные подложки физическим парофазным осаждением при распылении бинарных мишеней в плазме магнетронного разряда.

2. Изучение зависимости олеофобных качеств и структуры поверхности осаждаемых покрытий от элементного состава распыляемых мишеней и состава рабочих газов в плазме.

3. Изучение стабильности олеофобных качеств, оптических свойств и хемомеханической устойчивости осаждаемых покрытий при различных внешних условиях.

4. Исследование механизма формирования олеофобной структуры оптически-прозрачных бинарных покрытий, реакционно осаждаемых из плазмы магнетронного разряда в присутствии многокомпонентных азот-аргон-кислородных смесей рабочих газов.

Научная новизна работы

Впервые обнаружены либо экспериментально подтверждены ряд эффектов, проявляющихся в ходе осаждения бинарных тонкопленочных покрытий при распылении сплавных мишеней в плазме магнетронного разряда в присутствии многокомпонентной аргон-азот-кислородной реакционной смеси рабочих газов:

• Впервые обнаружено влияние добавок азота в реакционную смесь аргона и кислорода на олеофобные свойства получаемых бинарных Zn-Sn и Si-Al оксидных покрытий.

• Впервые обнаружено, что наносимые оксидные покрытия в данных режимах не содержат азота, даже при его содержании в плазме на уровне концентраций остальных компонент смеси рабочих газов.

• Впервые экспериментально выявлены условия перехода между «кислородным» и «азотным» режимами распыления бинарных Zn-Sn и Si-Al мишеней в смеси кислорода и азота.

• Впервые показано, что физическая модель, основанная на явлении вторичного рекристаллизационного роста, хорошо описывает формирование тонкоплёночных многокомпонентных покрытий при распылении бинарных мишеней в аргон-кислородно-азотной плазме магнетронного разряда.

Научная и практическая значимость

Исследованы олеофобные свойства бинарных оптически-прозрачных тонкопленочных оксидных покрытий, наносимых реакционным распылением в

аргон-азот-кислородной плазме магнетронного разряда, и найдены режимы, обеспечивающие максимальную олеофобность покрытий.

Показана механическая устойчивость покрытий при внешнем механическом воздействии.

Показана длительная стабильность их олеофобных свойств при хранении в атмосфере различной температуры и влажности влажности.

Предложена модель роста наноструктурированных тонкопленочных многокомпонентных покрытий, формируемых парофазным физическим осаждением из плазмы магнетронного разряда реакционной газовой смеси нескольких элементов, которая объяснила особенности формирования структуры их поверхности, и которая может применяться при разработке широкого спектра функциональных тонкоплёночных покрытий различных свойств.

Результаты проведенных исследований нашли применение в производстве архитектурного стекла с энергоэффективными низкоэмиссионными покрытиями на промышленных площадках компании NSG Pilkington Glass в России и зарубежом.

Положения, выносимые на защиту

1. Эффект реструктуризации тонких реакционно осаждаемых пленок, получаемых магнетронным распылением бинарных мишеней, при включении азотной компоненты в рабочую кислородно-аргоновую газовую смесь, его влияние на олеофобность поверхности.

2. Эмпирические зависимости морфологических и гидрофобных характеристик поверхности от состава аргон-кислородно-азотной реакционной газовой смеси в ходе осаждения для цинк-оловянных и кремний-алюминиевых оптически-прозрачных диэлектрических покрытий различного состава на стекле.

3. Экспериментальные данные о стабильности олеофобных качеств, оптических свойств и хемомеханической устойчивости покрытий при различных внешних условиях.

4. Данные о составе олеофобных бинарных Zn-Sn и Si-Al покрытий на стекле, демонстрирующие отсутствие азота в покрытии даже при его добавке в реакционную смесь вне зависимости от относительного парциального состава азот-аргон-кислородной реакционной газовой смеси, использовавшегося в ходе осаждения покрытий.

5. Расчетные данные о парциальном элементом составе распыляемого потока вещества с поверхности мишени и потока вещества, осаждаемого на подложку, в зависимости от режимов распыления бинарных Zn-Sn и Si-Al мишеней в аргоновой плазме магнетронного разряда при дополнительном напуске кислорода и азота.

6. Значения параметров, характеризующие переход между азотным и кислородным режимами реакционного распыления в двухкомпонентной азотно-кислородной реакционной смеси рабочих газов, полученные расчетным путем и подтвержденные экспериментально.

7. Вывод о применимости модели вторичного рекристаллизационного роста для описания роста тонкоплёночных покрытиий, получаемых распылением бинарных мишеней плазмой магнетронного разряда в присутствии мультикомпонентной реакционной смеси рабочих газов, в том числе для определения морфологических параметров и гидро/олеофобных качеств поверхности.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Её объём составляет 156 страниц, она включает 52 рисунка и 2 таблицы. Список литературы включает 216 наименований.

Основное содержание диссертации В первой главе рассматриваются физические основы гидрофобности, и, в частности, олеофобности поверхности, в т.ч. в отношении поверхностей оптически-прозрачных сред и тонкопленочных покрытий, а также известные способы её обеспечения. Дается общее описание гистерезисных эффектов смачивания, рассматривается влияние шероховатости и гетерогенности поверхности на её сродство жидкой фазе и гистерезис угла смачивания; описывается способ расчета контактного угла смачивания и радиуса растекания капли жидкости согласно модели Харта-Шуберта, который будет использоваться в дальнейшем в работе. Также освещаются качества олеофобности и супергидрофобности оптически-прозрачных покрытий, приводятся примеры областей перспективного применения таких олеофобных и супергидрофобных покрытий, а также рассматриваются характеристики их хемомеханической устойчивости, как ключевой аспект, помимо собственно олеофобных качеств, их потенциальной применимости в различных эксплуатационных условиях. Описываются основные применяемые в настоящее время способы получения олеофобных оптически-прозрачных тонкопленочных покрытий. Приводятся примеры работ, в которых наблюдались процессы структурного формирования в материалах, осаждаемых физическим распылением в плазме магнетронного разряда, что позволяет предположить потенциальную возможность получения обладающих олеофобными качествами тонкопленочных покрытий на стекле, прозрачных по отношению к излучению видимого диапазона длин волн, их осаждение в рамках магнетронного РУО-процесса.

Вторая глава посвящена описанию установки и использовавшихся в работе методов исследования. Приводится описание непосредственно установки, на которой в рамках работы проводились эксперименты по получению олеофобных покрытий, а также системы оптического контроля характеристического излучения из плазмы для исследований режимов

реакционных процессов распыления материалов в смешанной кислородо-азотно-аргоновой атмосфере рабочих газов. Кроме того, описываются использовавшиеся в работе методы определения степени олеофобности осаждавшихся покрытий, характеризации структуры и состава их поверхности и оценки их хемомеханической устойчивости.

В третьей главе описываются олеофобные оптически-прозрачные тонкопленочные покрытия, наносимые на стеклянные подложки физическим парофазным осаждением при реакционном распылении бинарных цинк-оловянных и кремний-алюминиевых мишеней в плазме магнетронного разряда, работающего в смеси рабочих газов, а также обсуждаются зависимости олеофобных качеств и структуры поверхности осаждаемых покрытий от элементного состава распыляемых мишеней и состава рабочих газов в плазме. На основании сравнения результатов экспериментов определяются состав смеси рабочих газов и сплава распыляемой мишени, обеспечивающие максимальный прирост олеофобности поверхности осаждаемого покрытия, составляющий порядка 30-40% для случая включения в аргон-кислородную газовую смесь дополнительной азотной компоненты. Кроме того, анализируются особенности морфологии поверхности полученных олеофобных покрытий, а также их элементный состав.

В четвертой главе описываются результаты исследования хемомеханической устойчивости описываемых в третьей главе тонкопленочных оптически-прозрачных олеофобных бинарных покрытий, а также стабильности их олеофобных качеств в ходе хранения при различных условиях влажности и температуры окружающей среды.

В пятой главе приводится оценка применимости физической модели, основанной на явлении вторичного рекристаллизационного роста зерен, к описанию процесса формирования наноразмерной структуры тонкоплёночных многокомпонентных покрытий при распылении бинарных мишеней в аргон-кислородно-азотной плазме магнетронного разряда. Описывается расчет на

базе программного пакета SRIM/SIMTRA+RSD, позволяющий определить компонентный и парциальный состав потока формирующих исследовавшиеся покрытия элементов в зависимости от параметров распыления. Кроме того, приводится описание экспериментов по выявлению условий перехода между «кислородным» и «азотным» режимами распыления и Si-Al мишеней в

смеси кислорода и азота, которые выполнены посредствам спектрофотометрической регистрации характеристического излучения из области горения магнетронного разряда.

Сравнение результатов, полученных в экспериментах и в результате проведенного моделирования, впервые позволило установить применимость механизма аномального роста зерен для описания формирования наноразмерной структуры и результирующих гидро-/олеофобных качеств.тонкопленочных бинарных покрытий, реакционно осаждаемых из плазмы магнетронного разряда в реакционной кислородо-азотной газовой смеси.

Личный вклад автора

Все результаты, представленные в диссертации, получены автором лично, или при его непосредственном участии.

Автор лично руководил планированием и проведением всех экспериментов по получению описываемых в диссертации образцов оптически-прозрачных тонкопленочных покрытий на стеклянных подложках сверхбольших площадей на промышленной установке ионно-плазменного осаждения УопАМепде GC330H на производственной площадке ООО «Пилкингтон Гласс» ЯМС-1.

Автор лично проводил исследования олеофобных свойств получаемых покрытий.

Автором лично выполнены эксперименты по оценке хемомеханической устойчивости полученных покрытий и их олеофобных свойств к продолжительным внешним воздействиям.

Для экспериментов по оптическому контролю характеристического излучения из магнетронной плазмы газовых смесей различного состава, автором были лично разработаны модули регистрации оптической эмиссии плазмы и цепи их обратной связи с блоками газонатекателей распылительных вакуумных камер.

Автором лично осуществлены расчеты элементого состава распыляемого потока вещества с поверхности мишени и потока вещества, осаждаемого на подложку, в зависимости от параметров эксперимента. На основании данных расчетов, автором были объяснены наблюдавшиеся в экспериментах особенности состава осаждавшихся покрытий, а также обнаружена применимость модели вторичного рекристаллизационного роста для описания экспериментальных процессов.

Апробация результатов

Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих всероссийских и международных конференциях:

1) 19-ой конференции "Взаимодействие плазмы с поверхностью"

(2016, Москва, Россия);

2) 2nd International Summer School on the Physics of Plasma-surface

Interactions (2016, Москва, Россия);

3) 11th International Conference on Coatings on Glass and Plastics

ICCG11 (2016, Брауншвейг, Германия);

4) 31st Sisecam Glass Symposium (2016, Стамбул, Турция);

5) 25th Anniversary International Glass Industry Forum "Glass Processing

Days"(GPD17, 2017, Тампере, Финляндия);

6) 21-ой конференции "Взаимодействие плазмы с поверхностью"

(2018, Москва, Россия);

7) 12th International Conference on Coatings on Glass and Plastics

ICCG12 (2018, Вюрцбург, Германия);

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 11 печатных работах, из которых 3 статьи - в рецензируемых журналах, индексируемых Web of Science и Scopus. Основные положения защищены 5 патентами на изобретения.

ГЛАВА 1. ГИДРОФОБНОСТЬ И СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ.

§ 1.1 Гидро- и олеофобность поверхности, основной закон смачивания

В феноменологической теории смачивания, предложенной Юнгом и Лапласом (1804 и 1805 гг. соответственно), количественной мерой смачивания служит угол 0 между касательной АВ к искривленной поверхности жидкости и смоченной поверхностью (рисунок 1.1).

В

Рисунок 1.1. Краевой (контактный) угол смачивания 0О на границе ЛТК трехфазной системы жидкость (ж) - твердое тело (т) - газ (г)

Периметр основания капли называется линией трехфазного контакта

(ЛТК) - твердотельной поверхности, жидкой капли и третьей фазы,

контактирующей с твердой поверхностью- как правило, газа. Величина угла 0

будет определяться конкуренцией сил, противодействующих на ЛТК - силы

поверхностного натяжения жидкости ужг, стремящейся обеспечить сохранение

первоначальной округлой формы капли и обусловленной взаимным

притяжением молекул жидкости, и силы адгезии т, стремящейся растянуть

каплю вдоль поверхности твердого тела и обусловленной притяжением

молекул жидкости на границе ЛТК к ближайшим молекулам твердого тела

[12]. Соответственно, в формулировке Юнга, фундаментальный закон

смачивания, определяющий равновесный угол смачивания, будет иметь вид:

т

cos в0 = — (1)

Ужг

16

В общей форме краевой угол смачивания можно определить из условия минимума свободной энергии трехфазовой системы Fn на границе ЛТК:

(Fn отгштг + (Ттж штж + (Тжг(1)жг

{ Fn = min ^ '

где а^, атж и аж - удельные свободные энергии контактных поверхностей твердое тело-газ, твердое тело-жидкость и жидкость газ соответственно, а ттт, штж и Шжг - площади границ контакта соответствующих поверхностей.

Система (2) может быть разрешена исходя из геометрических представлений. Поверхностная энергия твердого тела атг стремится уменьшиться, растягивая каплю по поверхности. Межфазная энергия ажг стремится сжать каплю, обеспечив тем самым снижение энергии за счет уменьшения площади. Аналогичный эффект наблюдается и для энергии атж -когезионные силы внутри капли препятствуют растеканию жидкости. Угол 0о образуется двумя касательными, ограничивающими смачиваемую жидкость -AB и AA. Если рассматривать все а как энергии, приходящиеся на единицу длины, то все составляющие поверхностной энергии можно выразить с помощью векторов сил (рис. 1.1). Тогда в скалярном виде в состоянии равновесия (когда стремящаяся к минимуму свободная энергия трехфазной системы Fn достигает нулевого значения):

бттг — бгтж — бтжг cos 00 = О (3)

Из представленной формулировки следует, что краевой угол смачивания в равновесном состоянии трехфазной системы будет определяться в общем виде по формуле:

бТтг — (Ттж

cos в0 =--(4)

^жг

Таким образом, можно заключить, что характер смачивания жидкостью поверхности твердого тела зависит, в общем смысле, от фактических сред, участвующих в трехфазовом граничном взаимодействии, и их состояния, что определяет соответствующие свободные энергии контактирующих фаз.

Поскольку, как показано выше, величина контактного угла смачивания может служить мерой смачивания, под гидрофобными поверхностями, т.е. поверхностями, демонстрирующими низкое сродство жидкостям, понимают поверхности, демонстрирующие краевой угол смачивания от 90° и выше [1314]. При этом, если не указанно иное, обычно подразумевается гидрофобноть по отношению к воде и жидкостям, близким к воде по плотности и вязкости, проявляемая на атмосферном воздухе при комнатной температуре [15].

В свою очередь, термин «олеофобность» определяется в актуальных литературных источниках весьма широко, но, обобщенно, может пониматься как низкое сродство поверхности к вязким жидкостям (с вязкостью, превышающей вязкость воды при комнатной температуре), в отличие от гидрофобности, как низкого сродства жидкостям в общем смысле, [16]. Поверхностная олеофобность - несмачиваемость поверхности вязкими жидкостями, жирам и маслам - способствует устойчивости к загрязнениям, повышению антикоррозионных качеств и необрастанию живыми организмами. Известно, что для проявления олеофобных качеств, поверхность должна демонстрировать одновременно большие значения контактных углов на границе твердое тело - вязкая жидкость, наряду с низким гистерезисом контактного угла [17]. За счет этого будет обеспечиваться скатывание капель вязкой жидкости с поверхности, причем по мере скатывания капли не будут растягиваться по поверхности, образуя маслянистый след.

1.1.1 Гистерезисные эффекты смачивания

Гистерезисом смачивания называется эффект, при котором краевой угол смачивания при натекании жидкости на первоначально сухую поверхность отличается (как правило превышает) краевой угол смачивания, наблюдаемый при оттекании жидкости со смоченной ею поверхности. Наблюдать отекание жидкости с поверхности можно, например, под воздействием силы тяжести при наклоне изучаемой смоченной поверхности или в экспериментах по сдуванию

жидкости с поверхности потоком сжатого газа [12]. Количественно, гистерезис смачивания измеряется как разность между двумя контактными углами -натекания и оттекания (0натек- 0отгек). Ребиндером было показано [18], что причина наблюдаемых гистерезисных эффектов смачивания заключается в том, что на ЛТК, помимо силы адгезии, действует вдоль границы раздела поверхности твердого тела и нанесенной на нее жидкости еще одна сила у, подобная силе трения. Величина у различна для случаев натекания жидкости на твердотельную поверхность и оттекания с поверхности, подвергшейся первоначальному смачиванию. При этом, подобно силе трения, для у различается статическая величина, которая должна быть преодолена для начала смещения ЛТК при натекании/оттекании, и динамическая величина, действующая в ходе движения ЛТК.

Двумя основными источниками данной силы, порождающими эффект гистерезиса смачивания и определяющими степень его выраженности, являются шероховатость и гетерогенность твердой поверхности.

При затекании жидкости в излом шероховатой поверхности, площадь поверхности капли увеличивается, очевидно, сильнее, чем при перемещении ЛТК вдоль идеально гладкой поверхности. При этом сила поверхностного натяжения жидкости действует под новым углом к поверхности растекания МЫ (см. рисунок 1.2), равном (в-а). Из (4) можно установить условие перетекания ЛТК через край излома при натекании: в > (в0+а); при в < (в0+а) распространение ЛТК в направлении излома в отсутствие будет остановлено. Исходя из представленных соображений, краевые углы при натекании и оттекании в простейшем двухмерном случае будут различны и равны, соответственно, внатек. = (во + а) и воттек. = в - а).

Гетерогенность поверхности может быть разделена на структурную неоднородность, вызванную различиями в кристаллической структуре участков поверхности твердого тела, характерную для поликристаллических материалов, а также неоднородность химического состава соседствующих областей твердой

поверхности, присущую многофазным сплавам и композитам. В обоих случаях соседствующие участки поверхности твердого тела будут обладать различными поверхностными энергиями атж и атг.

В, г

2-г—*

Г

Рисунок 1.2. Остановка контура растекающейся жидкости у излома МЫ твердой поверхности глубиной 2 и кривизной а трехфазной системы жидкость (ж) - твердое тело (т) - газ (г)

Простейшим примером способствования гетерогенности твердой поверхности эффекту гистерезиса смачивания служит двухмерная модель, в которой поверхность представляет собой чередующиеся полосы двух типов - 1 и 2 - поверхностные энергии которых различны и составляют а(1)тж, а(1)тг и я"2*™, соответственно, а распространение ЛТК происходит в направлении, перпендикулярном границам чередующихся полос. В случае, если область 1 лучше смачивается жидкостью по сравнению с областью 2, отношение углов смачивания в равновесном состоянии для обеих областей будет удовлетворять неравенству в(10 < в(20. При указанных условиях перетекание жидкости при ее распространении по поверхности твердого тела через границу областей от области 1 к области 2 возможно только при удовлетворении условию в > $2)0, иначе натекание прекратится достижением метастабильного состояния с краевым углом внатек. = $220. В свою очередь натекание жидкости в направлении распространения ЛТК от области 1 к области 2 будет происходить при любых значениях динамического краевого угла 0. Аналогично, при

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бернт Дмитрий Дмитриевич, 2019 год

Литература

1. Tiron V. et al. High visible light photocatalytic activity of nitrogen-doped ZnO thin films deposited by HiPIMS // Surf. Coating Technol. 2016. Vol. 324.

2. El-Hossary F. M. et al. Properties of Titanium Oxynitride Prepared by RF Plasma // Adv. in Chem. Eng. and Sc. 2015. Vol. 5, P. 1-14.

3. Kita H. et al. Review and overview of silicon nitride and SiAlON, including their applications // Handb. of Adv. Ceram. 2013. P. 245-66.

4. Izhevskiy V.A. et al. Progress in SiAlON ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2000. Vol. 20, P. 2275-95.

5. Masanobu F. et al. Optical properties of zinc oxynitride thin films // Thin Solid Films 1998. Vol. 317, P. 322-25.

6. Liu W. W.et al. Doping efficiency, optical and electrical properties of nitrogen-doped ZnO films // J. Appl. Phys. 2011. Vol. 109.

7. Chappe J.M. et al. Titanium oxynitride thin films sputter deposited by the reactive gas pulsing process // Appl. Surf. Sc. 2007. Vol. 253, P. 5312-5316.

8. Gregory O. J. Stability and microstructure of Indium Tin oxynitride thin films // J. Am. Ceram. Soc. 2012. Vol. 95. P. 705-710.

9. Wasa K. "Handbook of Sputtering Technology (Second Edition)" // Elsevier Science 2012.

10. Seshan K. "Handbook of Thin Film Deposition (Third Edition)" // William Andrew Publishing 2012.

11. Pauleau Y. "Materials Surface Processing by Directed Energy Techniques" // Elsevier Science 2006.

12. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. "Физико-химические основы смачивания и растекания" // М: Химия 1976.

13. Sharifi N. et al. Developing hydrophobic and superhydrophobic TiO2 coatings by plasma spraying // Surf. Coatings Technol. 2016. Vol. 289, P. 29-36.

14. Vanithakumari S. et al. Influence of silanes on the wettability of anodized titanium // App. Surf. Sc. 2014. Vol. 292, P. 650-657.

15. Ting J. A. S. et al. Hydrophobic coating on glass surfaces via application of silicone oil and activated using a microwave atmospheric plasma jet // Surf. Coatings Technol. 2014. Vol. 259, P. 7-11.

16. Kiuru M., Alakoski E. Low sliding angles in hydrophobic and oleophobic coatings prepared with plasma discharge method // Mat. Letters, 2004. Vol. 58, P. 2213-2216.

17. Steele A. et al. Inherently superoleophobic nanocomposite coatings by spray atomization // NanoLetters, 2009. Vol. 9(1), P. 501-5.

18. Ребиндер П.А. "Поверхностные явления в дисперсных системах" // М.: Наука 1978.

19. Vereshchagina Ya. et al. Theoretical conformational analysis of organophosphorus compounds // Russian Chem. Rev. 2005. Vol. 74(4), P. 297-315.

20. G. Heydari et al. Wetting hysteresis induced by temperature changes: Supercooled water on hydrophobic surfaces // J. of Colloid and Interf. Sc. 2016. Vol. 468, P. 21-33.

21. Tuteja A. et al. Designing superoleophobic surfaces // Science, 2007. Vol. 318, P. 1618-1622.

22. Weber D., Matsuyuki N. Patent Aplication US 61704275 // 2013.

23. Marmur A. Wetting of hydrophobic rough surfaces: to be heterogeneous or not to be // Langmuir, 2003. Vol. 19(20), P. 8343-8348.

24. Xuemei Ch. et al. The evaporation of droplets on superhydrophobic surfaces: Surface roughness and small droplet size effects // Phys. Rev. Letters, 2012. Vol. 109, 116101.

25. Whyman G., Bormashenko E., Stein T. The rigirious derivation of Young, Cassie-Baxter and Wenzel equations and the analysis of the contact angle

hysteresis phenomenon // Chem. Phys. Letters, 2008. Vol. 450(4), P. 355359.

26. Quere D., Thiele U., Quere D. Wetting of textured surfaces // Colloids and Surfaces, 2008. Vol. 206(1), P. 41-46.

27. Ishino C., Okumura K. Wetting transitions on textured hydrophilic surfaces // European Physical Journal, 2008. Vol. 25(4), P. 415-424.

28. Haerth M., Schubert D.W. Simple approach for spreading dynamics of polymeric fluids // Macromol. Chem. Phys. 2012. Vol. 213, P. 654-65.

29. Tserepi A. D. et al. Nanotexturing of poly(dimethylsiloxane) in plasmas for creating robust super-hydrophobic surfaces // Nanotechnology, 2006. Vol. 17, P. 3977-3984.

30. Wang D. et al. Highly transparent and durable superhydrophobic hybrid nanoporous coatings fabricated from polysiloxane // Appl. Mater. Interfaces, 2014. Vol. 6, P. 10014-21.

31. Tuvshindorj U. et al. Robust Cassie state of wetting in transparent superhydrophobic coatings // Appl. Mater. Interfaces, 2014. Vol. 6, P. 96809688.

32. Yabu H., Shimomura M. Single-step fabrication of transparent superhydrophobic porous polymer films // Chem. Mater. 2005. Vol. 17, P. 5231-5234.

33. Liu Y. et al. Hybridizing ZnO nanowires with micropyramid silicon wafers as superhydrophobic high-efficiency solar cells // Adv. Energy Mater. 2012. Vol. 2, P. 47-51.

34. Giolando D. M. Transparent self-cleaning coating applicable to solar energy consisting of nano-crystals of titanium dioxide in fluorine doped tin dioxide // Sol. Energy, 2016. Vol. 124, P. 76-81.

35. Bayer I. S. Analysis and surface energy estimation of various model polymeric surfaces using contact angle hysteresis // J. Adhes. Sci. Technol. 2007. Vol. 21, P. 1439-1467.

36. Milionis A., Bayer I. S., Loth E. Recent advances in oil-repellent surfaces // Int. Mater. Rev. 2016. Vol. 61, P. 101-126.

37. Ando E., Miyazaki M. Moisture resistance of the low-emissivity coatings with a layer structure of Al-doped ZnO/Ag/Al-doped ZnO // Thin Solid Films, 2001. Vol. 392, P. 289.

38. Rossi G. et al. Durability study of transparent and flexible nanolayer barrier for photovoltaic devices // Pol. Degr. Stab. 2015. Vol. 112, P. 160-166.

39. Kunpeng W. Hydrophilic surface coating on hydrophobic PTFE membrane for robust anti-oil-fouling membrane distillation // App. Surf. Sc. 2018. Vol. 450, P. 57-65.

40. Toth S. et al. Soiling and cleaning: Initial observations from 5-year photovoltaic glass coating durability study // Sol. En. Mater. and Sol. Cells, 2018. Vol. 185, P. 375-384.

41. Bernt D., Ponomarenko V., Pisarev A., Oleophobic optical coating deposited by magnetron PVD // J. of Phys.: Conf. Ser. 2016. Vol. 748 (1), 012006.

42. Wang Z. et al. Low-cost and large-scale fabrication method for an environmentally-friendly superhydrophobic coating on magnesium alloy // J. Mater. Chem. 2012. Vol. 22, P. 4097-105.

43. Kumar D. et al. Hydrophobic sol-gel coatings based on polydimethylsiloxane for self-cleaning applications // Mater. Des. 2015. Vol. 86, P. 855-862.

44. Singh A. V. et al. Bio-inspired approaches to design smart fabrics // Mater. Des. 2012. Vol. 36, P. 829-839.

45. Huang J. Y. et al. Robust superhydrophobic TiO2 fabrics for UV shielding, self-cleaning and oil-water separation // J. Mater. Chem. 2015. Vol. 3, P. 2825-2532.

46. Fu Q. et al. Development of sol-gel icephobic coatings: effect of surface roughness and surface energy // Appl. Mater. Interfaces, 2014. Vol. 6, P. 20685-92.

47. Zheng S. et al. Fabrication of self-cleaning superhydrophobic surface on aluminum alloys with excellent corrosion resistance // Surf. Coat. Technol. 2015. Vol. 276, P. 341-348.

48. Nelson C. et al. Mechanical and clinical properties of titanium and titanium-based alloys (Ti G2, Ti G4 cold worked nanostructured and Ti G5) for biomedical applications // J. of Mater. Research and Technol. 2018. Vol. 9, P. 17-21.

49. Pierre C. et al. Calcium phosphate coatings elaborated by the soaking process on titanium dental implants: Surface preparation, processing and physical-chemical characterization // Dent. Mater. 2018. Vol. 83, P. 211-218.

50. He X. Analysis of titanium and other metals in human jawbones with dental implants - A case series study // Dent. Mater. 2016. Vol. 32(8), P. 1042-1051.

51. Andrade D. P. et al. Titanium-35-niobium alloy as a potential material for biomedical implants: in vitro study // Mater. Sc. Eng. 2015. Vol. 56, P. 538544.

52. Yetim T. Corrosion behavior of Ag-doped TiO2 coatings on commercially pure titanium in simulated body fluid solution // J. of Bionic Eng. 2016. Vol. 13(3), P. 397- 405.

53. Martinez A. et al. A chemical and electrochemical study of titanium ions in the molten equimolar CaCl2 + NaCl mixture at 550° C // J. of Electroanalytical Chem. 1998. Vol. 449, P. 67-80.

54. Gnedenkov S.V. et al. Wetting and electrochemical properties of hydrophobic and superhydrophobic coatings on titanium // Colloids and Surf. 2011. Vol. 383, P. 61-66.

55. Malaga O.G.K. Definition of the procedure to determine the suitability and durability of an anti-graffiti product for application on cultural heritage porous materials // J. of Cultural Heritage, 2012. Vol. 13(1), P. 77-82.

56. Wojciechowski L., Kubiak K.J., Mathia T.G. Impact of morphological furrows as lubricant reservoir on creation of oleophilic and oleophobic

behaviour of metallic surfaces in scuffing // Tribol. Int. 2017. Vol. 116, P. 320-328.

57. Zenerino A. et al. One-step, self-assembled highly oleophobic nanocomposite coatings // Composites Comm. 2016. Vol. 2, P. 1-4.

58. Bongiovanni R. et al. High performance UV-cured coatings for wood protection // Progress in Organic Coat. 2002. Vol. 45(4), P. 359-363.

59. Yarosh A.A. et al. Synthesis of water- and oil-repellent organofluorosilicon compounds // Mendeleev Comm. 2006. Vol. 16(3), P. 190-192.

60. Gordobil O. et al. Esterified organosolv-lignin as hydrophobic agent for use on wood products // Progress in Organic Coat. 2017. Vol. 103, P. 143-151.

61. Rossi G. et al. Deposition of transparent and flexible nanolayer barrier on standard coating materials for photovoltaic devices // Surf. and Coat. Technol. 2014. Vol. 239, P. 200-205.

62. Mahltig B. "Hydrophobic and oleophobic finishes for textiles: Functional Finishes for Textiles Improving Comfort, Performance and Protection" // Woodhead Publishing Series in Textiles 2015.

63. Wei W. et al. Underwater oleophobic PTFE membrane for efficient and reusable emulsion separation and the influence of surface wettability and pore size // Sep. and Purif. Technol. 2017. Vol. 189, P. 32-39.

64. Long M. et al. A new replication method for fabricating hierarchical polymer surfaces with robust superhydrophobicity and highly improved oleophobicity // Colloids and Surf. 2016 Vol. 507, P. 7-17.

65. Steele A. et al. Wear independent similarity // Appl. Mater. Interfaces, 2015. Vol. 7, P. 12695-12701.

66. Milionis A., Loth E., Bayer I.S. Recent advances in the mechanical durability of superhydrophobic materials // Adv. Colloid Interface Sci. 2016. Vol. 229, P. 57-79.

67. Zheng S. et al. Development of stable superhydrophobic coatings on aluminum surface for corrosion-resistant, self-cleaning, and anti-icing applications // Mater. Design, 2015. Vol. 71, P. 119-124.

68. Zhang Z. et al. Facile fabrication of superoleophobic surfaces with enhanced corrosion resistance and easy repairability // Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 2012. Vol. 108, P. 601-606.

69. Wang B. et al. Methodology for robust superhydrophobic fabrics and sponges from in situ growth of transition metal/metal oxide nanocrystals with thiol modification and their applications in oil/water separation // ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013. Vol. 5, P. 1827-39.

70. Bayer I.S. On the durability and wear resistance of transparent superhydrophobic coatings // Coatings, 2017. Vol. 7, P. 12.

71. Han Y., Mool Y., Gupta C. Hot embossed micro-textured thin superhydrophobic Teflon FEP sheets for low ice adhesion // Surf. and Coat. Technol. 2017. Vol. 313, P. 17-23.

72. Milionis A., Languasco J., Loth E., Bayer I.S. Analysis of wear abrasion resistance of superhydrophobic acrylonitrile butadiene styrene rubber (ABS) nanocomposites // Chem. Eng. J. 2015, Vol. 281, P. 730-738.

73. Milionis A. et al. Liquid repellent nanocomposites obtained from one-step water-based spray // J. Mater. Chem. 2015. Vol. 3, P. 12880-89.

74. Marmur A. The lotus effect: Superhydrophobicity and metastability // Langmuir, 2004. Vol. 20, P. 3517-3519.

75. Bico J., Thiele U., Quéré D. Wetting of textured surfaces // Colloids Surf. 2002. Vol. 206, P. 41-46.

76. Sidorenko A. et al. Wear stability of polymer nanocomposite coatings with trilayer architecture // Wear, 2002. Vol. 252, P. 946-955.

77. Xiu Y., Liu Y., Hess D.W., Wong C.P. Mechanically robust superhydrophobicity on hierarchically structured Si surfaces // Nanotechnology, 2010. Vol. 21, 155705.

78. Schaeffer D.A. et al. Optically transparent and environmentally durable superhydrophobic coating based on functionalized SiO2 nanoparticles // Nanotechnology, 2015. Vol. 26, 055602.

79. Mates J.E. et al. Extremely stretchable and conductive water-repellent coatings for low-cost ultra-flexible electronics // Nat. Commun. 2015. Vol. 6, 8874.

80. Wetterskog E. et al. Precise control over shape and size of iron oxide nanocrystals suitable for assembly into ordered particle arrays // Sci. and Technol. of Adv. Mater. 2014. Vol. 15(5), 055010.

81. Pham T.A., Song F., Nguyen M.T., Stohr M. Self-assembly of pyrene derivatives on Au(111): Substituent effects on intermolecular interactions // Chem. Commun. 2014. Vol. 50(91), P. 14089-92.

82. Berillo D., Mattiasson B., Galaev I.Yu., Kirsebom H. Formation of macroporous self-assembled hydrogels through cryogelation of Fmoc-Phe-Phe // J. of Colloid and Interf. Sci. 2012. Vol. 368(1), P. 226-230.

83. Rahmawan Y. et al. Self-assembly of nanostructures towards transparent, superhydrophobic surfaces // J. Mater. Chem. 2013. Vol. 1, P. 2955-2969.

84. Si Y., Guo Z. Superhydrophobic nanocoatings: From materials to fabrications and to applications // Nanoscale, 2015. Vol. 7, P. 5922-5946.

85. Hamley I.W. Ordering in Thin Films of Block Copolymers: Fundamentals to Potential Applications // Progress in Polym. Sci. 2009. Vol. 34(11), P. 11611210.

86. Bravo J. et al. Transparent superhydrophobic films based on silica nanoparticles // Langmuir, 2007. Vol. 23, P. 7293-7298.

87. Irzh A., Ghindes L., Gedanken A. Rapid deposition of transparent superhydrophobic layers on various surfaces using microwave plasma // Appl. Mater. Interfaces, 2011. Vol. 3, P. 4566-4572.

88. Wong J.X., Wong H., Yu H.-Z. Preparation of transparent superhydrophobic glass slides: Demonstration of surface chemistry characteristics // J. Chem. Educ. 2013. Vol. 90, P. 1203-1206.

89. Deng X. et al. Transparent, thermally stable and mechanically robust superhydrophobic surfaces made from porous silica capsules // Adv. Mater. 2011. Vol. 23, P. 2962-2965.

90. Deng X. et al. Candle soot as a template for a transparent robust superamphiphobic coating // Science, 2012. Vol. 335, P. 67-70.

91. Yokoi N. et al. Optically transparent superhydrophobic surfaces with enhanced mechanical abrasion resistance enabled by mesh structure // Appl. Mater. Interfaces, 2015. Vol. 7, P. 4809-4816.

92. "Краткая химическая энциклопедия. Т. 2." // М.: Советская энциклопедия, 1963. С. 110.

93. Si Y. et al. A multifunctional transparent superhydrophobic gel nanocoating with self-healing properties // Chem. Commun. 2015. Vol. 51, P. 16794-97.

94. Xu L., He J. Fabrication of highly transparent superhydrophobic coatings from hollow silica nanoparticles // Langmuir, 2012. Vol. 28, P. 7512-7518.

95. Xu L., Karunakaran R.G., Guo J., Yang S. Transparent, superhydrophobic surfaces from one-step spin coating of hydrophobic nanoparticles // Appl. Mater. Interfaces, 2012. Vol. 4, P. 1118-1125.

96. Zhu X. et al. Designing transparent superamphiphobic coatings directed by carbon nanotubes // J. Colloid Interface Sci. 2014. Vol. 421, P. 141-145.

97. Ling X.Y. et al. Stable and transparent superhydrophobic nanoparticle films // Langmuir, 2009. Vol. 25, P. 3260-3263.

98. Ebert D., Bhushan B. Transparent, superhydrophobic, and wear-resistant coatings on glass and polymer substrates using SiO2, ZnO, and ITO nanoparticles // Langmuir, 2012. Vol. 28, P. 11391-99.

99. Hou H. et al. Poly(p-xylylene) Nanotubes by Coating and Removal of Ultrathin Polymer Template Fibers // Macromolecules, 2002. Vol. 35(7), P. 2429-2431.

100. Гусев А. И. "Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии" // М: Наука-Физматлит, 2007. C. 416.

101. Han K.-S. et al. Fabrication of 3D nano-structures using reverse imprint lithography // Nanotechnology, 2013. Vol. 24, 045304.

102. Gong D. et al. Robust and stable transparent superhydrophobic polydimethylsiloxane films by duplicating via a femtosecond laser-ablated template // Appl. Mater. Interfaces, 2016. Vol. 8, P. 17511-18.

103. Dufour R. et al. From micro to nano reentrant structures: Hysteresis on superomniphobic surfaces // Colloid Polym. Sci. 2013. Vol. 291, P. 409-415.

104. Im M. et al. A robust superhydrophobic and superoleophobic surface with inverse-trapezoidal microstructures on a large transparent flexible substrate // Soft Matter. 2010. Vol. 6, P. 1401-1404.

105. Kim M. et al. A simple fabrication route to a highly transparent super-hydrophobic surface with a poly(dimethylsiloxane) coated flexible mold // Chem. Commun. 2007. Vol. 22, P. 2237-2239.

106. Shang Q., Zhou Y. Fabrication of transparent superhydrophobic porous silica coating for self-cleaning and anti-fogging // Ceram. Int. 2016. Vol. 42, P. 8706-8712.

107. Gao Y. Highly transparent and UV-resistant superhydrophobic SiO2-coated ZnO nanorod arrays // Appl. Mater. Interfaces, 2014. Vol. 6, P. 2219-2223.

108. Yadav K., Mehta B.R., Singh J.P. Superhydrophobicity and enhanced UV stability in vertically standing indium oxide nanorods // Appl. Surf. Sci. 2015. Vol. 346, P. 361-365.

109. Tavares J., Swanson E.J., Coulombe S. Plasma Synthesis of Coated Metal Nanoparticles with Surface Properties Tailored for Dispersion // Plasma Proc. and Polymers, 2008. Vol. 5(8), P. 759.

110. Киреев В., Столяров А. "Технологии микроэлектроники. Химическое осаждение из газовой фазы" // М: Техносфера, 2006. C. 192.

111. Somrang W. et al. Superhydrophobic and antireflective surface of nanostructures fabricated by CF4 plasma etching // Mater. Today, 2018. Vol. 5(6), P. 13879-85.

112. Cheng Y. et al. A novel strategy for fabricating robust superhydrophobic fabrics by environmentally-friendly enzyme etching // Chem. Eng. J. 2019. Vol. 355, P. 290-298.

113. Graniel O. et al. Atomic layer deposition for biosensing applications // Biosensors and Bioelectronics, 2018. Vol. 122, P. 147-159.

114. Cardinaud C. et al. Plasma etching: principles, mechanisms, application to micro- and nano-technologies // Appl. Surf. Sci. 2000. Vol. 164(1), P. 72-83.

115. Zia A.W., Wang Y.-Q., Lee S. Effect of Physical and Chemical Plasma Etching on Surface Wettability of Carbon Fiber-Reinforced Polymer Composites for Bone Plate Applications // Adv. in Polym. Technol. 2000. Vol. 34, P. 216-224.

116. Coburn J.W., Winters H.F. Plasma etching — A discussion of mechanisms // J. of Vac. Sci. & Technol. 1979. Vol. 16(2), P. 391-403.

117. Chang R.P.H., Chang C.C., Darac S. Hydrogen plasma etching of semiconductors and their oxides // J. of Vac. Sci. & Technol. 1982. Vol. 20(1), P. 45-50.

118. Coburn J.W., Winters H.F. Ion- and electron-assisted gas-surface chemistry— An important effect in plasma etching // J. of Appl. Phys. 1979. Vol. 50(5), P. 3189-3196.

119. Weis H. et al. Advanced characterization tools for thin films in low-E systems // Thin Solid Films, 1999. Vol. 351, P. 184-190.

120. Finley J.J. Heat treatment and bending of low-E glass // Thin Solid Films, 1999. Vol. 351, P. 264-272.

121. Ando E., Suzuki S., Aomine N., Tada M. Sputtered silver-based low-emissivity coatings with high moisture durability // Vacuum, 2000. Vol. 59, P. 792-799.

122. Hammarberg E., Roos A. Antireflection treatment of low-emitting glazings for energy efficient windows with high visible transmittance // Thin Solid Films, 2003. Vol. 442, P. 222-227.

123. Bandorf R., Sittinger V., Brauer G. High Power Impulse Magnetron Sputtering - HIPIMS, in Reference Module in Materials Science and Materials Engineering // Comp. Mater. Proces. 2014. Vol. 4, P. 75-99.

124. Kaziev A.V. et al. Features of plasma structure observed in high-current quasi-stationary magnetron discharge // Surf. and Coat. Technol. 2016. Vol. 293, P. 48-54.

125. Tumarkin A.V. et al. High-current impulse magnetron discharge with liquid target // Surf. and Coat. Technol. 2016. Vol. 293, P. 42-47.

126. Aliofkhazraei M., Ali N. PVD Technology in Fabrication of Micro- and Nanostructured Coatings // Comp. Mater. Proces. 2014. Vol. 7, P. 49-84.

127. Dreiling I. et al. Raman spectroscopy as a tool to study cubic Ti-C-N CVD coatings // Surf. and Coat. Technol. 2009. Vol. 204(6), P. 1008-1012.

128. Jindal P.C. et al. Performance of PVD TiN, TiCN, and TiAlN coated cemented carbide tools in turning // Int. J. of Refract. Metals and Hard Mater. 1999. Vol. 17(1), P. 163-170.

129. Konyashin I.Yu., Guseva M.B. Thin films comparable with WC-Co cemented carbides as underlayers for hard and superhard coatings: the state of the art // Diamond and Related Mater. 1996. Vol. 5(3-5), P. 575-579.

130. Guo F et al. Structural evolution of oxygen on the surface of TiAlN: Ab initio molecular dynamics simulations // Appl. Surf. Sci. 2019. Vol. 470, P. 520525.

131. Yamamoto K., Sato T., Takahara K., Hanaguri K. Properties of (Ti,Cr,Al)N coatings with high Al content deposited by new plasma enhanced arc-cathode // Surf. and Coat. Technol. 2003. Vol. 175, P. 620-626.

132. Kalss W. et al. Modern coatings in high performance cutting applications // Int. J. of Refract. Metals and Hard Mater. 2006. Vol. 24(5), P. 399-404.

133. Deng J., Wu F., Lian Yu., Xing Y., Li S. Erosion wear of CrN, TiN, CrAlN, and TiAlN PVD nitride coatings // Int. J. of Refract. Metals and Hard Mater. 2012. Vol. 35, P. 10-16.

134. Anders A. "Film Deposition by Energetic Condensation In Cathodic Arcs: From Fractal Spots to Energetic Condensation" // NY: Springer Science, 2009. P. 363-407.

135. Mattox D.M. "Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing" // Boston: William Andrew Publishing, 2010. P. 317-348.

136. Breidenstein B., Denkena B. Significance of residual stress in PVD-coated carbide cutting tools // CIRP Annals, 2013. Vol. 62(1), P. 67-70.

137. Kimura A. et al. Effects of Al content on hardness, lattice parameter and microstructure of Ti1-xAlxN films // Surf. and Coat. Technol. 1999. Vol. 120(1), P. 438-441.

138. Cahn J.W. On spinodal decomposition // Acta Metallurgica, 1961. Vol. 9(9), P. 795-801.

139. Mayrhofera P.H., Music D., Schneider J.M. Ab initio calculated binodal and spinodal of cubic Tii-xAlxN // Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 88, 071922.

140. Zhang R.F., Veprek S. Phase stabilities and spinodal decomposition in the Cr1-xAlxN system studied by ab initio LDA and thermodynamic modeling: Comparison with the Ti1-xAlxN and TiN/Si3N4 systems // Acta Materialia, 2007. Vol. 55(14), P. 4615-24.

141. Mayrhofer P.H. Self-organized nanostructures in the Ti-Al-N system // Appl. Phys. Lett. 2003. Vol. 83, P. 2049-55.

142. Hörling A. et al. Mechanical properties and machining performance of Ti1-xAlxN-coated cutting tools // Surf. and Coat. Technol. 2005. Vol. 191(2-3), P. 384-392.

143. Mayrhofer P.H. et al. Structure, elastic properties and phase stability of Cr1-xAlxN // Acta Mater. 2008. Vol. 56, 02469.

144. Veprek S. New development in superhard coatings: the superhard nanocrystalline-amorphous composites // Thin Solid Films, 1998. Vol. 317(2), P. 449-454.

145. Ding J.C. et al. Influence of bias voltage on the microstructure, mechanical and corrosion properties of AlSiN films deposited by HiPIMS technique // J. of All. and Comp. 2019. Vol. 772, P. 112-121.

146. Zhou Z. et al. Elemental distributions and substrate rotation in industrial TiAlN/VN superlattice hard PVD coatings // Surf. and Coat. Technol. 2004. Vol. 183(2-3), P. 275-282.

147. Hovsepian P.E., Münz W.-D. Recent progress in large-scale production of nanoscale multilayer/superlattice hard coatings // Vacuum, 2002. Vol. 69(1-3), P. 27-36.

148. Ou Y.X. et al. Microstructure and tribological behavior of TiAlSiN coatings deposited by deep oscillation magnetron sputtering // J. of the Am. Ceram. Soc. 2018. Vol. 101(11), P. 5166-76.

149. Inspektor A., Salvador P.A. Architecture of PVD coatings for metalcutting applications: A review // Surf. and Coat. Technol. 2014.Vol. 257, P. 138-153.

150. Kedong Z. et al. Study on the adhesion and tribological behavior of PVD TiAlN coatings with a multi-scale textured substrate surface // Int. J. of Refract. Metals and Hard Mater. 2018. Vol. 72, P. 292-305.

151. Yi P., Peng L., Huang J. Multilayered TiAlN films on Ti6Al4V alloy for biomedical applications by closed field unbalanced magnetron sputter ion plating process // Mater. Sci. and Eng. 2016. Vol. 59, P. 669-676.

152. Canto C.E. et.al. IBA analysis and corrosion resistance of TiAlPtN/TiAlN/TiAl multilayer films deposited over a CoCrMo using magnetron sputtering // Nucl. Instr. and Methods in Phys. Res. 2016. Vol. 371, P. 258-262.

153. Farwa U. et al. Synthesis, characterization and PVD assisted thin film fabrication of the nano-structured bimetallic Ni3S2/MnS2 composite // Surf. and Interf. 2018. Vol. 12, P. 190-195.

154. Achour A. et.al. Titanium nitride films for micro-supercapacitors: Effect of surface chemistry and film morphology on the capacitance // J. of Power Sourc. 2015. Vol. 300, P. 525-532.

155. Cavaleiro A., De Hosson J.T.M. "Nanostructured Coatings. Nanostructure Science and Technology" // NY: Springer, 2014. P. 180-193.

156. Jilek M. et al. Development of novel coating technology with rotating cathodes for industrial production of nc-(Al1- xTix)N/a-Si3N4 superhard nanocomposite coatings for dry, hard machining // Chem. Plasma Process. 2004. Vol.24, P. 493-499.

157. Niederhofer A. et al. Structural properties, internal stress and thermal stability of nc-TiN/a-Si3N4, nc-TiN/TiSix and nc-(Ti1-yAlySix)N superhard nanocomposite coatings reaching the hardness of diamond // Surf. and Coat. Technol. 1999. Vol. 120, P. 173-178.

158. Защитные слои для оптических покртытий: пат. 2498954 Российская Федерация: МПК C03C17/36 / Хакери К.В., Мешвитц П.А., Данненберг Р.Д.; заявитель и патентообладатель АГК Флэт Гласс Нос Амэрика, Инк. (US). - № 2008146334A; заявл. 27.01.2003; опубл. 20.11.2013, Бюл. № 23.

159. Kulczyk-Malecka J. et al. Investigations of diffusion behaviour in Al-doped zinc oxide and zinc stannate coatings // Thin Solid Films, 2011. Vol. 520, P. 1368-74.

160. Ko J.H. et al. Effects of ZnO addition on electrical and structural properties of amorphous SnO2 thin films // Thin Solid Films, 2006. Vol. 494, P. 42-48.

161. Ko J.H. et al. Transparent and conducting Zn-Sn-O thin films prepared by combinatorial approach // Appl. Surf. Sci. 2007. Vol. 253, P. 7398-7403.

162. Satoh K. et al. Electrical and optical properties of Al-doped ZnO-SnO2 thin films deposited by RF magnetron sputtering // Thin Solid Films, 2008. Vol. 516, P. 5814-5819.

163. Afanasyev-Charkin I.V. et al. Amorphous silicon nitride films of different composition deposited at room temperature by pulsed glow discharge plasma immersion ion implantation and deposition // J. Vac. Sci. Technol. 2004. Vol. 22, P. 2342-50.

164. Guruvenket S. et al. Characterization of bias magnetron-sputtered silicon nitride films // Thin Solid Films, 2005. Vol. 478, P. 256.

165. Morin P. et al. A comparison of the mechanical stability of silicon nitride films deposited with various techniques // Appl. Surf. Sci. 2012. Vol. 260, P. 69-77.

166. Satoh K. et al. Influence of Oxygen Flow Ratio on Properties of Zn2SnO4 Thin Films Deposited by RF Magnetron Sputtering // Jpn. J. Appl. Phys. 2005. Vol. 44, 046751.

167. Wang H., Huang H., Wang B. First-principles study of structural, electronic, and optical properties of ZnSnO3 // Solid State Commun. 2009. Vol. 149, P. 1849-54.

168. Xu J., Jia X., Lou X., Shen J. One-step hydrothermal synthesis and gas sensing property of ZnSnO3 microparticles // Solid-State Electron. 2006. Vol. 50, P. 504-511.

169. Nikolic M.V. et al. Infrared reflection spectroscopy of Zn2SnO4 thin films deposited on silica substrate by radio frequency magnetron sputtering // Thin Solid Films, 2008. Vol. 516, P. 6293-99.

170. Kulczyk-Malecka J.et al. Diffusion studies in magnetron sputter deposited silicon nitride films // Surf. and Coat. Technol. 2014. Vol. 255, P. 37-42.'

171. Marchand R. et al. Nitrides and oxynitrides: preparation, crystal chemistry and properties // J. Eur. Ceram. Soc. 1991. Vol. 8, 197-213.

172. Kita H. et al. Review and overview of silicon nitride and SiAlON, including their applications // Handb. of Adv. Ceram. 2013. Vol. 1, P. 245-66.

173. Izhevskiy V.A., Genova L.A., Bressiani J.C., Aldinger F. et al. Progress in SiAlON ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2000. Vol. 20, P. 2275-95.

174. Liu G., Zhou Z., Wei Q., Fei F., Yang H., Liu Q. Preparation and tunable optical properties of ion beam sputtered SiAlON thin films // Vacuum, 2014. Vol. 101, P. 1-5.

175. Liu Q., He W., Zhong H.M., Zhang K., Gui L.H. Transmittance improvement of Dy-a-SiAlON in infrared range by post hot-isostatic-pressing // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. Vol. 32, P. 1377-81.

176. Jacobs M., Terwagne G., Schryversb D., Rodquiny Ph., Bodart F. Unbalanced magnetron sputtered Si-Al coatings: plasma conditions and film properties versus sample bias voltage // Surf. Coating Technol. 1999. Vol. 116-119, P. 735-741.

177. Knotem O., Loffler F., Beele W. PVD coatings in the system SiAlON // Key Eng. Mater. 2002. Vol. 275, 89-91.

178. Masanobu F., Katsuaki Y., Osamu T. Optical properties of zinc oxynitride thin films // Thin Solid Films, 1998. Vol. 317, 322-325.

179. Liu W.W. et al. Doping efficiency, optical and electrical properties of nitrogen-doped ZnO films // J. Appl. Phys. 2011. Vol. 109, P. 451-456.

180. Tiron V., Velicu I.-L., Stanescu D., Magnan H., Sirghi L. High visible light photocatalytic activity of nitrogen-doped ZnO thin films deposited by HiPIMS // Surf. and Coat. Technol. 2016. Vol. 324, P. 287-293.

181. Пинаев В.В., Шаповалов В.И. Оптическая эмиссионная спектроскопия плазмы при реактивном магнетронном распылении // Вакуумная техника и технология. 2006. № 16. С. 143-151.

182. Hollands E., Campbell D.S. The mechanism of reactive sputtering // J. of Mater. Sci., Vol. 3, P. 544-552.

183. Audronis M. et al. Diffusive racetrack oxidation in a Ti sputter target by reactive high power impulse magnetron sputtering // J. of Phys. D: Appl. Phys. 2012. Vol. 45, 375203.

184. Gullberg D., Litzen U. Accurately Measured Wavelengths of Zn I and Zn II Lines of Astrophysical Interest // Phys. Scr. 2000. Vol. 61, P. 652.

185. Kaufman V., Martin W.C. Wavelengths and Energy Level Classifications for the Spectra of Aluminum (Al I through Al XIII) // J. Phys. Chem. Ref. Data, 1991. Vol. 20, P. 775.

186. Norlen G. Wavelengths and Energy Levels of Ar I and Ar II based on New Interferometric Measurements in the Region 3 400-9 800 A // Phys. Scr. 1973. Vol. 8, P. 249.

187. Moore C.E. "Tables of Spectra of Hydrogen, Carbon, Nitrogen, and Oxygen" // Boca Raton, FL: CRC Press, Inc. 1993.

188. Good R.J. Contact angle, wetting, and adhesion: a critical review // J. Adhesion Sci. Technol. 1992. Vol. 6, P. 1269-1302.

189. Papi P.A., Mulligan C.P., Gall D. CrN-Ag nanocomposite coatings: Control of lubricant transport by diffusion barriers // Thin Solid Films, 2012. Vol. 524, P. 211-217.

190. Strijckmans K., Depla D. A time-dependent model for reactive sputter deposition // J. Phys.: Appl. Phys. 2014. Vol. 47(23), 235302.

191. Depla D., Heirwegh S., Mahieu S., De Gryse R. Towards a more complete model for reactive magnetron sputtering // J. Phys.: Appl. Phys. 2007. Vol. 40, 1957-63.

192. Depla D., Mahieu S. "Reactive Sputter Deposition. Springer Series in Materials Science" // NY: Springer. 2008.

193. Li X.Y. et al. Influence of deposition on the reactive sputter behaviour during rotating cylindrical magnetron sputtering // J. Phys. D: Appl. Phys. 2008. Vol. 41, 035203.

194. Depla D., Mahieu S., De Gryse R. Magnetron sputter deposition: linking discharge voltage with target properties // Thin Solid Films, 2009. Vol. 517, P. 2821-27.

195. Leroy P., Mahieu S., Persoons R., Depla D. Method to Determine the Sticking Coefficient of O2 on Deposited Al During Reactive Magnetron Sputtering, Using Mass Spectrometry // Plasma Processes Polym. 2009. Vol. 6, P. 342350.

196. Affinito J., Parsons R. R. Mechanisms of voltage controlled, reactive, planar magnetron sputtering of Al in Ar/N2 and Ar/O2 atmospheres // J. Vac. Sci. Technol. 2009. Vol. 2, 12751984.

197. Shulga V.I. Surface segregation of Ti atoms during NiTi alloy sputtering // Nuc. Instr. and Methods in Phys. Research, 2009. Vol. 267(21), P. 3524-27.

198. Acciarri M. et al. CIGS thin films grown by hybrid sputtering-evaporation method: Properties and PV performance // Solar Energy, 2018. Vol. 175, P. 16-24.

199. Yeom H. et al. Magnetron sputter deposition of zirconium-silicide coating for mitigating high temperature oxidation of zirconium-alloy // Surf. Coat. Technol. 2017. Vol. 316, P. 30-38.

200. Carlsson P. et al. Reactive sputtering using two reactive gases // J. Vac. Sci. Technol. 1993. Vol. 1(1), P. 1534-39.

201. Van Aeken K., Mahieu S., Depla D. The metal flux from a rotating cylindrical magnetron: a Monte Carlo simulation // J. Phys. D: Appl. Phys. 2008. Vol. 41, 205307.

202. Bogaerts A. et al. Computer modelling of magnetron discharges // J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. Vol. 42, 194018.

203. Depla D., Mahieu S., De Gryse R. Magnetron sputter deposition: Linking discharge voltage with target properties // Thin Solid Films, 2009. Vol. 517, P. 2825-29.

204. Kang S.-J.L. "Sintering: Densification, Grain Growth, and Microstructure" // Elsevier Butterworth-Heinemann, 2005.

205. Clarke D. R. On the equilibrium thickness of intergranular glass phases in ceramic materials // J. Am. Ceram. Soc. 1987. Vol. 70(1), P. 15-16.

206. Bae I.-J., Baik S. Abnormal Grain Growth of Alumina // J. Am. Ceram. Soc. 1997. Vol. 80(5), P. 1149.

207. Bae I.-J., Baik S. Critical Concentration of MgO for the Prevention of Abnormal Grain Growth in Alumina // J. Am. Ceram. Soc. 1994. Vol. 77(10), P. 2499- 504.

208. Hashiguchi M. et al. Ion implantation and diffusion of zinc in dense SnO2 ceramics // J. Ceram. Soc. of Jap. 2013. Vol. 121, P. 1004-7.

209. Baryshev S.V., Thimsen E. Enthalpy of Formation for CZTS Calculated from Surface Binding Energies Experimentally Measured by Ion Sputtering // Chem. Mater. 2015. Vol. 27 (7), P. 2294-98.

210. Grimes R.W. Solution of MgO, CaO, and TiO2 in a-Al2O3 // J. Am. Ceram. Soc. 1994. Vol. 77(2), P. 378-384.

211. Bleykher G.A. et al. Energy and substance transfer in magnetron sputtering systems with liquid-phase target // Vacuum, 2016. Vol. 124, P. 11-17.

212. Aramaki S., Roy R. Revised Phase Equilibrium Diagram for the System Al2O3-SiO2 // J. of the Am. Ceram. Soc. 2006. Vol. 45(5), P. 229-242.

213. Mihaiu S. Phase formation mechanism in the ZnO-SnO2 binary system // Rom. Chem. Rev. 2011. Vol. 56(5), P. 465-472.

214. Padture N.P., Lawn B.R. Toughness properties of a silicon carbide with an in-situ induced heterogeneous grain structure //J. Am. Ceram. Soc. 1994. Vol. 77(10), P. 2518.

215. Carlton C.E., Ferreira P.J. What is behind the inverse Hall-Petch effect in nanocrystalline materials? // Acta Materialia, 2007. Vol. 55, P. 3749-3756.

216. Park Y., Hwang N., and Yoon D., Abnormal Growth of Faceted (WC) Grains in a (Co) Liquid Matrix // Metall. Mater. Trans. 1996. Vol. 27(9), P. 28092815.