2.2. Метод електрохімічного осадження
Для отримання товстих металевих плівок з невеликим (менше 1%) вмістом фулеренів може використовуватися метод електрохімічного осадження, при якому порошок фуллерита або розчин фулеренів змішується з електролітом. Для підвищення однорідності електроліту використовується ультразвуковий вібратор. Технологічними параметрами є склад електроліту, щільність і режим струму, потужність, тривалість імпульсів і частота супутнього лазерного випромінювання.
Електрохімічне осадження є одним з найбільш гнучких та економічно ефективних технологічних процесів у циклі створення металевих шарів на провідній електричний струм поверхні. Велика перевага електрохімічного осадження перед напиленням полягає в набагато більшій швидкості процесу, яка легко регулюється зміною струму. Проводиться УЗ диспергування електроліту з розчином С60. Як будь електрохімічний процес, катодне осадження підкоряється основним принципам електрохімічної кінетики, заснованим на законах Фарадея і Фіка, а також теорії послідовних і паралельних реакцій. Суть процесу осадження полягає у відновленні на поверхні катода катіонів металів та молекул фулерену, що містяться в розчині електроліту [8].
Розділ 3 властивості метал-фулеренових плівок
3.1. Фізичні властивості
Унікальність властивостей фулеренів та їх особливі взаємодії з іншими атомами і молекулами [9], послужили обгрунтуванням для матеріалознавчих досліджень, зокрема, фулеренів в металах. Конденсовані у вакуумі плівки фуллерита, як правило, мають гетерофазну структуру (ГЦК і ГПУ). У фуллерітових плівках, допованих металами, спостерігається істотна модифікація наноструктури, електронних та коливальних спектрів, яка залежить від вмісту металу та умов термообробки. При легуванні фуллерита С60 металами за рахунок іонізації атомів і гібридизації електронних станів відбувається розширення і перекриття енергетичних зон, приписуваних молекулярним орбіталям фулеренів [10]. Така зміна електронної структури призводить до зростання ролі кулонівської взаємодії, а також до зниження ікосаедричної симетрії фулеренів [11].
Рис 3.1. Залежність коефіцієнта тертя від навантаження для покриттів на нікелі.
1- без покриття;
2- з покриттям.[8]
Наприклад титан-фуллеренові плівки проявляють підвищену міцність, мають низький коефіцієнт тертя (рис 3.1), що нелінійно залежить від концентрації, і досить високу адгезійну міцність.
Низькі значення коефіцієнтів тертя пояснюються можливою зміною механізму тертя. Фулерени внаслідок замкнутості всіх s-зв'язків можуть проявляти властивості молекулярного підшипника [11]. Не дивлячись на використовувану схему «вістря - покриття», забезпечує прояв механізму тертя ковзання, наявність молекул фулерену викликає дію механізму тертя - кочення.
Рис 3.2. Вигляд поверхні плівки Ті-С60 після відпалювання.[10]
Висока міцність покриттів може пояснюватися двома причинами: а) нанорозмірною структурою, б) утворенням хімічної сполуки TixOyC60. Однак, решітка цієї фази має великі міжплощинні відстані і виникають стискаючі напруги що розривають плівку (рис.3. 2).
Високі міцнісні і трибологгічні характеристики покриттів забезпечують їх перевагу в порівнянні з чистими шарами металу та фулериту.