27. jaanuaril 2012 kell 13 kaitseb Rainer Pärna TÜ senati saalis doktoridissertatsiooni "Surface studies of some oxide films" (Mõnede oksiidsete kilede pinnauuringud)materjaliteaduse erialal.
Juhendajad: dr. Vambola Kisand (TÜ FI vanemteadur) ja prof. Ergo Nõmmiste (TÜ FI professor)
Oponent: prof. Nils Mårtensson, Uppsala Ülikool (Department of Physics and Astronomy)
Titaan(IV)oksiid (TiO2) ja roostevaba teras (nii nimetatakse rauasulameid, mis sisaldavad olulisel määral kroomi) on materjalid, mida laialdaselt kasutatakse paljudes erinevates tänapäevastes rakendustes.
Lisaks TiO2 tuntud kasutusaladele, nagu pigment valgetes värvides ja ultraviolettkiirguse neelaja päikesekreemides, võimaldab see materjal luua niinimetatud isepuhastuvaid aknaklaase. Seejuures akna isepuhastumine toimub kaheastmelisena: (i) päikesevalguse toimel orgaanilise ja mitteorgaanilise mustuse lagundamine (fotokatalüüsi abil) ja (ii) superhüdrofiilse pinna teke päikesevalguse abil (s.t. pind kuhu veetilkasid ei moodustu, vaid vesi katab pinna ühtlaselt) ning sellise pinna efektiivne puhastumine laguproduktidest tavalise vihmavee abil. Isepuhastuvad aknaklaasid on juba müügil, kuid nende efektiivsus vajab parandamist. Üheks võimaluseks parandada päikesevalguse neeldumist TiO2 (ja suurendada isepuhastuvuse efektiivsust), on lisada sobivaid lisandit (nn. dopeerida).
Roostevaba teras on kasutusel paljudes valdkondades, näiteks meditsiinis, autotööstuses, ehitusel ja igas majapidamises lauanõudena. Roostevaba terasele annab korrosioonikindluse (s.t. vastupidavuse roostetamisele) tema pinnale tekkiv üliõhukene kroomirikas oksiidikiht. Kui roostevaba terast kasutada eriti spetsiifilistes tingimustes, nagu näiteks kõrgetel temperatuuridel, tuleb tema korrosioonikindlust tõsta. Üheks võimaluseks on terasesse viia lisandeid, näiteks titaani, räni ja alumiiniumi.
Antud doktoritöös uuriti lisandita, koobalti ja nikli lisandiga TiO2 kilesid ning kroomirikkaid oksiidikihte erineval määral oksüdeeritud roostevaba terase pinnal.
Koobalti ja nikli lisandiga TiO2 uuringutest selgus, et lisandid mõjutavad TiO2 füüsikalisi omadusi, nagu näiteks kristalliitide teket ja kasvu. Kui täpsemalt uurida, kuidas koobalti (või nikli) lisand TiO2 kristallvõresse läheb, selgub, et lisand moodustab muuhulgas ka selliseid ühendeid nagu CoTiO3 (või NiTiO3). Antud töös näidati, et koobalti (või nikli) lisandiga TiO2 neelab rohkem nähtavat valgust, kui ilma lisandita TiO2.
Titaankarbiidiga rikastatud roostevaba terase uuringutest selgus, et kroomirikka kaitsva oksiidikihi moodustumine algas sulami pinnale juba siis, kui kasutati väga väikest kogust hapnikku. Esmalt oksüdeerus sulamis kiirelt kroom, seejärel raud. Nikkel ja titaankarbiid sulami pinnakihis ei oksüdeerunud. Lisaks moodustusid kaitsvas oksiidikihis veel ka Al2O3 ja SiOx.