Laboratorij za fiziku površina

• prof. dr. sc. Mladen Petravić (u mirovini)
• prof. dr. sc. Gabriela Ambrožić
• izv. prof. dr. sc. Aleš Omerzu
• izv. prof. dr. sc. Ivana Jelovica Badovinac
• izv. prof. dr. sc. Ivna Kavre Piltaver
• izv. prof. dr. sc. Iva Šarić Janković
• doc. dr. sc. Maria Kolympadi Markovic
• Daria Jardas Babić
• Karlo Veličan

Istraživanja Laboratorija za fiziku površina uključuju:

Narastanje tankih oksidnih slojeva na površinama metala i metalnih slitina pomoću ionske implantacije

Oksidacija površine materijala pomoću ionske implantacije predstavlja dobru alternativnu temperaturnoj oksidaciji, budući da ne zahtjeva visoke temperature za narastanje zaštitnog oksidnog sloja na materijalu. U našem istraživanju koristimo nisko-energetske ione kisika O2+ (energija 0.5-5 keV) za oksidaciju površina niza metala (kobalta, kroma, molibdena, nikla, titana, željeza) i metalnih slitina (nitinola, slitine kobalt-krom-molibden). Spektroskopija fotoelektrona rendgenskim zrakama (XPS) je idealna tehnika za utvrđivanje oksidacijskih stanja pojedinih elemenata i određivanje udjela pojedinog oksidacijskog stanja u uzorku. Dobivene eksperimentalne rezultate uspoređujemo s različitim teorijskim modelima oksidacije, čime utvrđujemo mehanizam narastanja oksidnih filmova na materijalima.

XPS spektri oko Augerove Cu LMM linije dobiveni izlaganjem metalne Cu pločice ionima O2+ energije 1 keV za različita vremena bombardiranja. Eksperimentalne krivulje prikazane su zatvorenim kružićima, dok pune i isprekidane linije predstavljaju numerički fit.

Karakterizacija nečistoća i točkastih defekata u poluvodičkim ili izolatorskim filmovima

Prilikom narastanja poluvodičkih ili izolatorskih filmova različitim tehnikama sinteze (npr. depozicijom atomskih slojeva ili depozicijom magnetronskog rasprašivanja), u matrici materijala mogu ostati različite nečistoće, npr. vodik u cinkovom oksidu ili klor u titanijevom dioksidu. Također, u nekim slučajevima se prilikom narastanja materijala namjerno unose određene koncentracije vanjskih atoma (dopanata) kojima se nastoji utjecati na karakteristike konačnog materijala. Koncentracije i vrste nečistoća i dopanata mogu imati ključnu ulogu u kemijskim i fizikalnim svojstvima materijala, npr. utjecati na vodljivost materijala ili njegovu optičku apsorpciju. Pomoću masenog spektrometra sekundarnih iona (SIMS) se mogu detektirati i veoma male koncentracije nečistoća u materijalu, te odrediti njihova raspodjela kroz film (tj. odrediti dubinski profil elementa u materijalu). S druge strane, XPS mjerenja može veoma dobro odrediti način kemijskog vezanja nekog elementa u matrici promatranog materijala.

SIMS dubinski profil ZnO filma narastanog na Si podlozi, koji prikazuje raspodjelu Cu dopanta kroz film

SIMS dubinski profil ZnO filma narastanog na Si podlozi, koji prikazuje raspodjelu intrinzičnih vodikovih nečistoća kroz film.

Analiza površina materijala modificiranih kemijskim ili fizičkim tehnikama

Kemijske i fizičke metode predstavljaju efikasan način modifikacije površine ili formiranja tankog pasivnog filma na površini materijala. Na primjer, narastanje kositrovog sulfida na površini kositra, odnosno niklovog oksida ili hidroksida na niklu se može veoma uspješno načiniti elektrokemijskim metodama, izlaganjem navedenih metala elektrolitskim otopinama. Različite tehnike depozicije (npr. depozicija atomskih slojeva ili depozicija magnetronskog rasprašivanja) mogu efikasno nanijeti tanke slojeve na površinu različitih materijala. Tehnikama zastupljenim u našem laboratoriju određujemo kemijski sastav i debljinu tankih slojeva narastanim na metalnim i keramičkim površinama.

XPS spektar oko 2p atomskog nivoa kalcija snimljenog na filmu hidroksiapatita (HA) narastanog na slitini Mg-Al-Zn. Eksperimentalne krivulje prikazane su zatvorenim kružićima, dok pune i isprekidane linije predstavljaju numerički fit.

Redukcija površine oksida prijelaznih metala bombardiranjem s nisko-energetskim ionima

Izlaganjem površine oksida prijelaznih metala nisko-energetskim ionima može doći do stvaranja novih oksida ili kemijskih spojeva. Ioni prijelaznih metala mogu prijeći u niže oksidacijsko stanja ili se atomi iz ionskog snopa mogu vezati s elementima u matrici materijala, stvarajući nove spojeve. Pomoću XPS tehnike možemo in situ pratiti promjene na površini oksida prijelaznih metala nastalih bombardiranjem materijala s različitim nisko-energetskim ionima (Ar+, H2+, N2+,…)

XPS spektri oko 4f atomskih nivoa volframovog oksida (WO3) dobiveni izlaganjem uzorka WO3 ionima H2+ energije 2 keV za različita vremena bombardiranja. Eksperimentalne krivulje prikazane su zatvorenim kružićima, dok pune i isprekidane linije predstavljaju numerički fit.

Publikacije Laboratorija za fiziku površina u zadnjih sedam godina

1. I. Kavre Piltaver, R. Peter, K. Salamon, M. Micetic, M. Petravic, In Situ X-ray Photoelectron Spectroscopy Study of Initial Stages of Tungsten Trioxide Reduction by Low-Energy Hydrogen Bombardment, The Journal of Physical Chemistry C 128 (12), 2024, 5345–5354.
2. K. Ashurbekova, E. Modin, H. Hano, K. Ashurbekova, I. Šarić, R. Peter, M. Petravić, A. Chuvilin, A. Abdulagatov, M. Knez, In Situ Investigation of Thermally Induced Surface Grapheniztion of Polymer-Derived Ceramic (PDC) Coatings from Molecular Layer (MLD) Deposited Silicon-Based Preceramic Thin Films, Chemistry of Materials, 35, 8092-8100 (2023).
3. O. Yurkevich, E. Modin, I. Šarić, R. Peter, M. Petravić, M. Knez, Introducing a Robust Flexible Conductive Hybrid: Indium Oxide-ParyleneC Obtained by Vapor Phase Infiltration, Chemistry of Materials, 35, 7529-7541 (2023).
4. T. Sharifi, K. Salamon, M. Bohač, R. Peter, T. Čižmar, M. Petravić, K. Juraić, I. Grčić, A. Gajović, Photocatalytic properties of semi-transparent WxTi1-xO2 thin films for water treatment, Catalysis Today, 413-415, 113904 (2023).
5. Marić, G. Dražić, E. Radin, R. Peter, M. Škarabić, T. Jurkin, A. Pustak, N. Baran, L. Mikac, M. Ivanda et al. Impact of platinum loading and dispersion on the catalytic activity of Pt/SnO2 and Pt/a-Fe2O3, Applied surface science, 607, 155073 (2023).
6. R. Peter, A. Omerzu, I. Kavre Piltaver, R. Speranza, K. Salamon, M. Podlogar, K. Velican, M. Percic, M. Petravic, Large enhancement of visible light photocatalytic efficiency of ZnO films doped in-situ by copper during atomic layer deposition growth, Ceramics International 49, 35229-35238 (2023).
7. Đurasović, G. Štefanić, G. Dražić, R. Peter, Z. Klencsár, M. Marciuš, T. Jurkin, M. Ivanda, S. Stichleutner, M. Gotić, Microwavw-Assisted Synthesis of Pt/SnO2 for the Catalytic Reduction of 4-Nitrophenol to 4-Aminophenol, Nanomaterials 13 (17), 2481 (2023).
8. D. Čakara, R. Peter, M. Finšgar, Optical Properties and Formation of Corrosion Inhibitor Films at the Cu/Cu2O/H2O Interface, Surfaces and interfaces, 32, 1021108 (2022).
9. M. Tkalčević, D. Boršak, I. Periša, I. Bogdanović-Radović, I. Šarić Janković, M. Petravić, S. Bernstorff, M. Mičetić, Multiple exciton generation in 3D ordered networks of Ge quantum wires in alumina matrix, Materials, 15, 5353, 11 (2022).
10. O. Yurkevich, E. Modin, I. Šarić, M. Petravić, M. Knez, Entropy-Driven Self-Healing of Metal Oxides Assisted by Polymer-Inorganic Hybrid Materials, Adv. Mater., 2202989 (2022).
11. Ž. Petrović, A. Šarić, I. Despotović, J. Katić, R. Peter, M. Petravić, M. Ivanda, M. Petković, Surface Functionalisation of Dental Implants with a Composite Coating of Alendronate and Hydrolysed Collagen: DFT and EIS Studies, Materials, 15, 5127 (2022).
12. K. Ashurbekova, K. Ashurbekova, B. Alonso-Lerma, I. Šarić, L. Barandiaran, E. Modin, M. Petravić, R. Perez-Jimenez, M. Knez, Biocompatible Silicon-Based Hybrid Nanolayers for Functionalization of Complex Surface Morphologies, ACS. Appl. Nano Mater., 5, 2, 2762-2768 (2022).
13. M. Vrankić, A. Šarić, T. Nakagawa, Y. Ding, I. Despotović, L. Kanižaj, H. Ishii, N. Hiraoka, G. Dražić, D. Lützenkirchen-Hecht, R. Peter, M. Petravić, Pressure-induced and flaring photocatalytic diversity of ZnO particles hallmarked by finely tuned pathways, J. Alloy Compd., 894, 162444 (2022).
14. G. Ondrašek, I. Jelovica Badovinac, R. Peter, M. Petravić, J. Macan, Z. Rengel, Humates and Chlorides Synergistically Increase Cd Phytoaccumulation in Strawberry Fruits, Heightening Health Risk from Cd in Human Diet, Exposure and Health, 14, 393–410 (2022).
15. S. Mežnarić, I. Jelovica Badovinac, I. Šarić, R. Peter, M. Kolympadi Markovic, G. Ambrožić, Ivana Gobin, Superior UVA-photocatalytic antibacterial activity of a double-layer ZnO/Al2O3 thin film grown on cellulose by atomic layer deposition (ALD), J. Environ. Chem. Eng., 10, 108095 (2022).
16. I. Šarić, M. Kolympadi Markovic, R. Peter, P. Linić, K. Wittine, I. Kavre Piltaver, I. Jelovica Badovinac, D. Marković, M. Knez, G. Ambrožić, In-situ multi-step pulsed vapor phase surface functionalization of zirconia nanoparticles via copper-free click chemistry, Appl. Surf. Sci, 539, 148254, 10 (2021).
17. K. Ashurbekova, K. Ashurbekova, I. Saric, E. Modin, M. Petravic, I. Abdulagatov, A. Abdulagatov, M. Knez, Radical-triggered cross-linking for molecular layer deposition of SiAlCOH hybrid thin films, ChemComm, 57, 2160-2163(2021).
18. K. Ashurbekova, K. Ashurbekova, I. Saric, M. Gobbi, E. Modin, A. Chuvilin, M. Petravic, I. Abdulagatov, M. Knez, Ultrathin Hybrid SiAlCOH Dielectric Films through Ring-Opening Molecular Layer Deposition of Cyclic Tetrasiloxane, Chem. Mater., 33, 1022-1030 (2021).
19. A. Omerzu, R. Peter, D. Jardas, I. Turel, K. Salamon, M. Podlogar, D. Vengust, I. Jelovica Badovinac, I. Kavre Piltaver, M. Petravic, Large enhancement of photocatalytic activity in ZnO thin films grown by plasma-enhanced atomic layer deposition, Surfaces and Interfaces, 23, 100984 (2021).
20. R. Peter, M. Petravić, Initial stages of oxide formation on copper surfaces during oxygen bombardment at room temperature, J. Phys. Chem. C, 125, 25290–25297 (2021).
21. G. Ondrašek, F. Kranjčec, L. Filipović, V. Filipović, M. Bubalo Kovačić, I. Jelovica Badovinac, R. Peter, M. Petravić, J. Macan, Z. Rengel, Biomass bottom ash & dolomite similarly ameliorate an acidic low-nutrient soil, improve phytonutrition and growth, but increase Cd accumulation in radish, Sci. Total Environ. 753, 141902 (2021).
22. G. Ambrožić, M. Kolympadi Markovic, R. Peter, I. Kavre Piltaver, I. Jelovica Badovinac, Duško Čakara, D. Marković, M. Knez, Building organosilica hybrid nanohemispheres via thiol-ene click reaction on alumina thin films deposited by atomic layer deposition (ALD), J. Colloid Interface Sci. 560 (2020).
23. M. K. Markovic, R. Peter, I. Jelovica Badovinac, I. Sarić, M. Perčić, R. Radičić, D. Marković, M. Knez, G. Ambrožić, ‘Sandwich’-like hybrid ZnO thin filmsproduced by a combination of atomic layer deposition and wet-chemistry using a mercapto silane as single organic precursor, Nanotechnology 31,185603 (2020).
24. R. Peter, K. Salamon, A. Omerzu, J. Grenzer, I. Jelovica Badovinac, I. Šarić, M. Petravić, Role of Hydrogen-Related Defects in Photocatalytic Activity of ZnO Films Grown by Atomic Layer Deposition, J. Phys. Chem. C 124, 8861–8868 (2020).
25. I. Jelovica Badovinac, R. Peter, A. Omerzu, K. Salamon, I. Šarić, A. Samaržija, M. Perčić, I. Kavre Piltaver, G. Ambrožić, M. Petravić, Grain size effect on photocatalytic activity of TiO2 thin films grown by atomic layer deposition, Thin Solid Films 709, 138215 (2020).
26. Ž. Petrović, A. Šarić, I. Despotović, J. Katić, R. Peter, M. Petravić, M. Petković, A New Insight into Coating’s Formation Mechanism Between TiO2 and Alendronate on Titanium Dental Implant, Materials 13, 3220 (2020).
27. M. Tkalčević, L. Basioli, K. Salamon, I. Šarić, J.S. Parramon, M. Bubaš, I. Bogdanović-Radović, S. Bernstorff, Z. Fogarassy, K. Balázsi, M. Petravić, M. Mičetić, Ge quantum dot lattices in alumina prepared by nitrogen assisted deposition: Structure and photoelectric conversion efficiency, Solar Energy Materials and Solar Cells 218,110722 (2020).
28. K. Ashurbekova, K. Ashurbekova, I. Šarić, E. Modin, M. Petravić, I. Abdulagatov, A. Abdulagatov, M. Knez, Molecular layer deposition of hybrid siloxane thin films by ring opening of cyclic trisiloxane (V3D3) andazasilane, Chem. Commun. 56, 8778-8781 (2020).
29. M. Fenero, M. Knez, I. Saric, M. Petravic, H. Grande, J. Palenzuela, Omniphobic Etched Aluminum Surfaces with Anti-Icing Ability, Langmuir, 36, 37, 10916-10922 (2020).
30. I. Jelovica Badovinac, I. Kavre Piltaver, R. Peter, I. Šarić, M. Petravić, Formation of oxides on CoCrMo surfaces at room temperature: An XPS study, Appl.Surf.Sci. 471, 475 (2019).
31. I. Šarić, R. Peter, M.K. Markovic, I. Jelovica Badovinac, C. Rogero, M. Ilyn, M. Knez, G. Ambrožić, Introducing the concept of pulsed vapor phase copper-free surface click-chemistry using the ALD technique, Chem. Commun. 55, 3109-3112 (2019).
32. K. Salamon, M. Mičetić, J. Sancho-Parramon, I. Bogdanović Radović, Z. Siketić, I. Šarić, M. Petravić, B. Bernstorff, -TaON thin films: production by reactive magnetron sputtering and the question of non-stoichiometry, J. Phys. D. 52, 30 (2019).
33. N. Nekić, I. Šarić, K. Salamon, L. Basioli, J. Sancho-Parramon, J. Grenzer, R. Hübner, S. Bernstorff, M. Petravić, M. Mičetić, Preparation of non-oxidized Ge quantum dot lattices in amorphous Al2O3, Si3N4 and SiC matrices, Nanotechnology 30, 33 (2019).
34. M. Vrankić, A. Šarić, S. Bosnar, D. Pajić, J. Dragović, A. Altomare, A. Falcicchio, J. Popović, M. Jurić, M. Petravić, I. Jelovica Badovinac, G. Dražić, Magnetic oxygen stored in quasi-1D form within BaAl2O4 lattice, SciRep, 9, 15158 (2019).
35. A. Omerzu, I. Šarić, I. Kavre Piltaver, M.Petravić, T. Kapun, J. Zuleb, S. Stifter, K. Salamon, Prevention of spontaneous combustion of cellulose with a thin protective Al2O3 coating formed by atomic layer deposition, Surf.Coat.Techn. 333, 81 (2018).
36. I. Šarić, R. Peter, I. Kavre Piltaver, I. Jelovica Badovinac, K. Salamon, M.Petravić, Residual chlorine in TiO2 films grown at low temperatures by plasma enhanced atomic layer deposition, Thin Solid Films 628, 142 (2017).
37. I. Kavre Piltaver, R. Peter, I. Šarić, K. Salamon, I. Jelovica Badovinac, K. Koshmak, S. Nannarone, I. Delač Marion, M.Petravić, Controlling the grain size of polycrystalline TiO2 films grown by atomic layer deposition, Appl. Surf. Sci. 419, 564 (2017).
38. S. Kraljević Pavelić, V. Micek, A. Filošević, D. Gumbarević, P. Žurga, A. Bulog, T. Orct, Y. Yamamoto, T. Preočanin, J. Plavec, R. Peter, M. Petravić, D. Vikić-Topić, K.Pavelić, Novel, oxygenated clinoptilolite material efficiently removes aluminium from aluminium chloride-intoxicated rats in vivo, Micropor.Mesoporous Materials 249, 146 (2017).
39. J. Katić, M. Metikoš-Hukovića, I. Šarić, M. Petravić, Electronic structure and redox behavior of tin sulfide films potentiostatically formed on tin, J. Electrochem. Soc. 164, C383 (2017).
40. R. Peter, I. Šarić, I. Kavre Piltaver, I. Jelovica Badovinac, M.Petravić, Oxide formation on chromium metal surfaces by low-energy oxygen implantation at room temperature, Thin Solid Films 636, 225 (2017).
41. R. Peter, I. Šarić, M.Petravić, Enhanced Oxidation of Nickel at Room Temperature by Low-energy Oxygen Implantation, Croat. Chem. Acta 90, 2 (2017).
42. I. Kavre Piltaver, I. Jelovica Badovinac, R. Peter, I. Šarić, M.Petravić, Modification of molybdenum surface by low-energy oxygen implantation at room temperature, Appl. Surf. Sc. 425, 416 (2017).
43. K. Salamon, M. Buljan, I. Šarić, M. Petravić, S. Bernstorff, Ta2N3 nanocrystals grown in Al2O3 thin layers, Beilstein J. Nanotechnol. 8, 2162 (2017).