Zkoumání přítomnosti stopových přísad v pokročilé keramice a jejich vlivu na slinování
Loading...
Date
Authors
Siddiqui, Maliha
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT
Abstract
Rozsáhlé použití pokročilých keramických materiálů vedlo vědce k vylepšení a přizpůsobení jejich výkonu úpravou mikrostruktury materiálu. Přítomnost stopových přísad, ať už úmyslně přidaných jako dopanty nebo neúmyslně zavedených jako nečistoty, významně ovlivňuje krystalovou strukturu a mikrostrukturu keramických materiálů, i při nízkých koncentracích. Tato disertační práce klade důraz na pochopení role dopantů při změně fázového složení a mikrostruktury pokročilých keramických materiálů vyrobených konvenčními i nekonvenčními slinovám. Kromě toho zkoumá použití různých charakterizačních technik pro kvalitativní a kvantitativní analýzu vlivu dopantů. V této disertační práci byly pro případové studie vybrány dva pokročilé keramické materiály: hydroxyapatit, biokeramika na bázi fosforečnanu vápenatého, a baryum titanát, bezolovnatá elektrokeramika. Disertační práce začíná úvodem do teoretického pozadí materiálů hydroxyapatitu a baryum titanátu, s důrazem na vliv dopantů a technik syntézy na jejich krystalovou strukturu a mikrostrukturu. Rovněž je poskytnut přehled o charakterizačních technikách použitých ve studii. U hydroxyapatitu byly dopanty přidávány v různých koncentracích za účelem získání bifázického fosforečnanu vápenatého s různými poměry hydroxyapatitové fáze. Následná hydrotermální úprava byla použita ke změně mikrostruktury a studiu vlivu dopantů. Dopovaný baryum titanát s pevnými koncentracemi dopantů byl připraven pomocí nekonvenčního procesu studeného slinování. Byl zkoumán vliv procesu studeného slinování na fázový přechod dopovaného baryum titanátu. Kromě toho byla pomocí in-situ TEM zahřívání důkladně zkoumána lokalizace a chemická aktivita dopantů v mikrostruktuře. Disertační práce rovněž měří a diskutuje bioaktivitu, mechanické a funkční vlastnosti těchto materiálů ve vztahu k fázovým transformacím a mikrostruktuře.
The extensive application of advanced ceramics has driven researchers to enhance and tune their performance by tailoring the material’s microstructure. The presence of trace additives, whether intentionally added as dopants or unintentionally introduced as impurities, greatly influences the crystal and microstructure of ceramic materials, even at low concentrations. This dissertation emphasizes on understanding the role of dopants in altering the phase composition and microstructure of advanced ceramic materials fabricated via conventional and non-conventional sintering techniques. Additionally, it explores various characterization techniques for qualitative and quantitative analysis of the influence of dopants. In this dissertation, two advanced ceramic materials were selected for case studies: hydroxyapatite, a calcium phosphate-based bioceramic, and barium titanate, a lead-free electroceramic. The dissertation begins with an introduction to the theoretical background of hydroxyapatite and barium titanate materials, highlighting the influence of dopants and synthesis techniques on their crystal structure and microstructure. An overview of the characterization techniques used in the study is also provided. For hydroxyapatite, dopants were added in various concentrations to obtain biphasic calcium phosphate with varying hydroxyapatite phase ratios. Subsequent hydrothermal treatment was employed to alter its microstructure and study the influence of dopants. Doped barium titanate with fixed dopant concentrations was prepared using the non-conventional cold sintering process. The influence of the cold sintering process on the phase transition of doped barium titanate was investigated. Additionally, the localization and chemical activity of dopant in the microstructure were thoroughly examined using in-situ TEM heating. The dissertation also measures and discusses the bioactivity, mechanical, and functional properties of these materials in relation to phase transformations and microstructure.
The extensive application of advanced ceramics has driven researchers to enhance and tune their performance by tailoring the material’s microstructure. The presence of trace additives, whether intentionally added as dopants or unintentionally introduced as impurities, greatly influences the crystal and microstructure of ceramic materials, even at low concentrations. This dissertation emphasizes on understanding the role of dopants in altering the phase composition and microstructure of advanced ceramic materials fabricated via conventional and non-conventional sintering techniques. Additionally, it explores various characterization techniques for qualitative and quantitative analysis of the influence of dopants. In this dissertation, two advanced ceramic materials were selected for case studies: hydroxyapatite, a calcium phosphate-based bioceramic, and barium titanate, a lead-free electroceramic. The dissertation begins with an introduction to the theoretical background of hydroxyapatite and barium titanate materials, highlighting the influence of dopants and synthesis techniques on their crystal structure and microstructure. An overview of the characterization techniques used in the study is also provided. For hydroxyapatite, dopants were added in various concentrations to obtain biphasic calcium phosphate with varying hydroxyapatite phase ratios. Subsequent hydrothermal treatment was employed to alter its microstructure and study the influence of dopants. Doped barium titanate with fixed dopant concentrations was prepared using the non-conventional cold sintering process. The influence of the cold sintering process on the phase transition of doped barium titanate was investigated. Additionally, the localization and chemical activity of dopant in the microstructure were thoroughly examined using in-situ TEM heating. The dissertation also measures and discusses the bioactivity, mechanical, and functional properties of these materials in relation to phase transformations and microstructure.
Description
Citation
SIDDIQUI, M. Zkoumání přítomnosti stopových přísad v pokročilé keramice a jejich vlivu na slinování [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Pokročilé materiály
Comittee
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (místopředseda)
Ing. Luca Bertolla, Ph.D. (člen)
Doc. Ing. Zoltán Lenčéš, Ph.D. (člen)
Ing. Lenka Novotná, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2024-09-16
Defence
Disertační práce paní Malihy Siddiqui klade důraz na pochopení role dopantů při změně fázového složení a mikrostruktury pokročilých keramických materiálů vyrobených konvenčními i nekonvenčními slinovám. Kromě toho zkoumá použití různých charakterizačních technik pro kvalitativní a kvantitativní analýzu vlivu dopantů. Disertační práce začíná úvodem do teoretického pozadí materiálů hydroxyapatitu a baryum titanátu, s důrazem na vliv dopantů a technik syntézy na jejich krystalovou strukturu a mikrostrukturu. Rovněž je poskytnut přehled o charakterizačních technikách použitých ve studii. Téma disertační práce je vysoce aktuální, neboť stále roste zájem o přípravu keramických materiálů na bázi hydroxyapatitu s navrženou pórovitostí, morfologií zrn a fázovým složením pro aplikace v biomedicíně a bezolovnatý BaTiQ3 v oblasti elektrokeramiky. Stanovené cíle disertační práce byly v celém rozsahu splněny. V průběhu obhajoby paní Siddiqui prokázala výbornou orientaci ve zkoumané problematice a na odpovědi členů komise reagovala promptně a správně.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení