Межфазная адгезия в системе “МУНТ/Ti” и ее улучшение с использованием ионно-пучковой обработки: сравнительный анализ воздействия ионов аргона и гелия

Методами атомно-силовой микроскопии и рентгенофотоэлектронной спектроскопии проведено сравнительное исследование адгезии многостенных углеродных нанотрубок к титановой поверхности в зависимости от режимов облучения ионами He$^+$ и Ar$^+$ системы “МУНТ/Ti”. Количественная оценка силы адгезии на межфазной границе, выполненная с использованием атомно-силовой микроскопии, продемонстрировала ее существенное увеличение в результате обработки “МУНТ/Ti” высокоэнергетическими ионами гелия и аргона. Обнаружено, что это увеличение силы адгезии зависит от времени ионного облучения и вида ионов. Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии исследована природа химического связывания между многостенными углеродными нанотрубками и поверхностью титановой подложки, которое обусловливает увеличение адгезии нанотрубок к титану в процессе ионного облучения. Установлено, что это связывание является главным образом результатом формирования между атомами титана и углерода химических C–O–Ti-связей с участием атомов кислорода кислородсодержащих функциональных групп, которые локализованы на дефектах стенок трубок, образующихся в процессе ионного облучения. При длительном (30 min) облучении ионами аргона в фотоэлектронных спектрах наблюдаются слабые эффекты прямого связывания между атомами титана и углерода, также способствующего усилению межфазной адгезии.