Модификация структуры поверхности углеродных материалов при ионном облучении

В работе было проведено исследование воздействия потоков ионов дейтерия высокой интенсивности (порядка 10²⁴ ион/м²⋅с) на поверхность анизотропных материалов на основе углерода — пиролитического графита и углеродного композита с нитями на основе полиакрилонитрилового волокна со структурой типа “onion-skin”. Показано, что фрагментация поверхностных графеновых слоев во время облучения интенсивными потоками ионов дейтерия и возникающие при этом сжимающие напряжения приводит к изгибу отовравшихся поверхностных графеновых слоев и формированию системы холмов. При дальнейшем облучении происходил обратный процесс образования на склонах холмов параллельных поверхности слоев графена, а на их вершинах — кристаллов со слоями, также параллельными поверхности. При облучении боковой поверхности углеродных волокон со структурой типа “onion-skin” на ней образовывались гофры, перпендикулярные оси волокна, если ионы, внедряющиеся в поверхность, провоцировали сжимающие напряжения, приводящие к фрагментации и изгибанию приповерхностных слоев, а степень разрушения структуры волокна оказывалась достаточной для повторной эмиссии ионов. Параллельные оси волокна складки получались в случае, если при большой длине пробега облучающих ионов максимум напряжений создавался на определенной глубине, а степень разрушения поверхностных слоев была недостаточной для выхода внедренных ионов. В данном случае механизм деформации поверхности волокна схож с механизмом образования блистеров. Ионное облучение торцов волокон приводило к их возвышению над поверхностью матрицы и рекристаллизации торчащих участков. Графеновые плоскости кристаллов имели ориентацию, перпендикулярную оси волокна. Результаты работы позволяют сделать заключение, что, независимо от оригинальной ориентации графеновых слоев образца и направления ионного потока, мишень при облучении претерпевает последовательное взаимно перпендикулярное превращение.