Научная статья на тему 'Исследование рельефа и структуры титанового нанопокрытия, сформированного на волокнистых материалов'

Исследование рельефа и структуры титанового нанопокрытия, сформированного на волокнистых материалов Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

CC BY
77
58
Поделиться
Ключевые слова
РЕЛЬЕФ / СТРУКТУРА / НАНОПОКРЫТИЕ / ТЕКСТИЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ / ПОРОШКИ / ЧАСТИЦЫ / ЗОНДОВАЯМИКРОСКОПИЯ / НАНОШЕРОХОВАТОСТЬ

Аннотация научной статьи по машиностроению, автор научной работы — Саломатников Михаил Сергеевич

Проведено исследование рельефа и структуры титанового покрытия нано-метровой толщины, полученного на поверхности волокнистого материала ткани «шифон» методом электродугового испарения материала катода с последующей бомбардировкой в условиях низкотемпературной активации аргоновой плазмой. Разработана методика проведения исследований. Произведена оценка геометрических характеристик поверхности металлизированной ткани с помощью атомно-силовой микроскопии.

Похожие темы научных работ по машиностроению , автор научной работы — Саломатников Михаил Сергеевич,

RESEARCH OF THE RELIEF AND STRUCTURE OF THE TITANIUM NANOCOATING FORMED ON FIBROUS MATERIALS

A study of the structure and topography of the titanium coating of nano-meter thickness on the surface of the resulting fibrous material fabric "Chiffon" by arc evaporation of the cathode material, followed by bombardment in conditions of low temperature argon plasma activation. The technique of carrying out researches is developed. An assessment of the geometric characteristics of the surface of the metallized fabric using atomic force microscopy.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Исследование рельефа и структуры титанового нанопокрытия, сформированного на волокнистых материалов»

Do Van Dong, postgraduate, svaolinh_vn2005@,vahoo.com. vn, Russia, Tula, Tula State University,

Davydov Alexey Dmitrievich, doctor of chemical sciences, professor, davy-dov@elchem. ac. ru, Russia, Moscow, Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry RAS

УДК 621.9.047.7

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛЬЕФА И СТРУКТУРЫ ТИТАНОВОГО НАНОПОКРЫТИЯ, СФОРМИРОВАННОГО НА ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

М.С. Саломатников

Проведено исследование рельефа и структуры титанового покрытия нано-метровой толщины, полученного на поверхности волокнистого материала - ткани «шифон» методом электродугового испарения материала катода с последующей бомбардировкой в условиях низкотемпературной активации аргоновой плазмой. Разработана методика проведения исследований. Произведена оценка геометрических характеристик поверхности металлизированной ткани с помощью атомно-силовой микроскопии.

Ключевые слова: рельеф, структура, нанопокрытие, текстильные материалы, порошки, частицы, зондовая микроскопия, наношероховатость.

На протяжении всех времен волокнистые материалы, к которым относятся текстильные материалы, были и остаются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Это и одежда, которую мы носим, и элементы интерьера, бытовое белье, различные обшивки, строительные материалы и др. В качестве одежды волокнистые материалы призваны защищать нас от негативного воздействия окружающей среды (природных и техногенных факторов).

На сегодняшний день некоторые из мировых производителей одежды стремятся придать ей дополнительные функциональные возможности, например теплосберегающие, гидрофобные, износостойкие, антибактериальные свойства и экранирования электромагнитного излучения (ЭМИ) [1]. Одним из возможных методов получения таких свойств у текстильных материалов, является формирование на их поверхности покрытия нано- и микрометровой толщины различных металлов (медь, алюминий, титан, никель, хром и т.д.) [2]. В последнее время наибольшее распространение

для осуществления такой обработки получили вакуумные методы нанесения покрытий, среди которых выделяется магнетронная металлизация и технология электродугового испарения материала катода с последующей бомбардировкой (КИБ) в условиях низкотемпературной активации поверхностей ионами инертного газа, что позволяет формировать покрытия с высокой адгезией к основе.

Для ряда практических применений, например, для создания экранирующих ЭМИ или гидрофобных материалов, рельеф и структура покрытия на поверхности текстильных материалов являются важными показателями, исследование и оценка которых является актуальной задачей.

Цель работы - исследование структуры и геометрических характеристик титанового покрытия нанометровой толщины, полученного на поверхности ткани «шифон» методом КИБ.

Техника и методика исследований. Объектом исследования является волокнистый материал - ткань «шифон» (ГОСТ 20723-2003 «Ткани плательные из натурального крученного шелка. Общие технические характеристики») с титановым покрытием нанометровой толщины, нанесенным методом электродугового распыления материалов катодов (КИБ), с предварительной активацией образцов низкотемпературной аргоновой плазмой, для создания условий формирования металлических пленок с высокой адгезией к основе [3].

Исследование топографии поверхности металлизированной ткани «шифон» проводили с помощью оптического микроскопа “БМИ-1Ц”, оснащенного устройством цифровой индикации. Оптическую микроскопию проводили на образцах, полученных в работе [2-4].

Оценку параметров наношероховатости поверхности металлизированной ткани осуществляли с использованием сканирующего зондового микроскопа “Nanoeducator”, в режиме атомно-силовой микроскопии (АСМ) по разработанной методике.

Предварительно нить металлизированной ткани «шифон» диаметром 120...130 мкм закрепляли на плоской поверхности (пластине) с помощью эпоксидной смолы, для придания жесткости конструкции нити. Далее пластину с образцом металлизированной нити устанавливали на предметный столик зондового микроскопа, производили подвод образца к зонду и дальнейшее сканирование поверхности участка ткани размером 10х10 мкм (максимальный размер сканирования 90х90 мкм) (рис. 1).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

После сканирования поверхности зондом (кантилевером) проводили анализ результатов измерений и оценку геометрических характеристик поверхности металлизированной ткани «шифон».

С помощью оптической микроскопии было установлено, что волокна ткани «шифон» с титановым покрытием нанометровой толщины имеют развитую структуру поверхности, ввиду наличия имеются многочисленных микрокапель титана диаметром до 1 мкм (рис. 2, а).

Рис. 1. Окно подвода зонда к поверхности металлизированного шифона:

1 - зонд (кантилевер); 2 - металлизированная нить; 3 - эпоксидная смола

Рис. 2. Рельеф поверхности металлизированной ткани «шифон»: а - металлизированные волокна; б - 3-0 изображение металлизированных волокон

Методом сканирующей зондовой микроскопии установлено, что по всей площади металлизированных волокон параметры шероховатости были практически одинаковыми, за исключение отдельных микрокапель материала покрытии на поверхности ткани (рис. 2, б).

На рис. 3 представлено СЗМ-изображение поверхности металлизированной ткани «шифон» и профилограмма сечения А-А.

а б

Рис. 3. СЗМ-изображения поверхности металлизированной ткани «шифон»: а - топография поверхности; б - профилограмма сечения А-А

С помощью программного продукта «Nova», предназначенного для работы со сканирующими зондовыми микроскопами, выпускаемыми компанией «НТ-МДТ», были рассчитаны такие характеристики рельефа, как Ra, Rz и построена таблица статистических параметров геометрических свойств поверхности металлизированной ткани «шифон».

Статистические параметры поверхности металлизированной ткани «шифон»

Параметр Значение

Объем выборки 125

Максимум 1615,1 нм

Минимум 345,6 нм

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Разброс высот 520 нм

Высота неровностей профиля по десяти точкам, Rz 553,28 нм

Средняя линия профиля 846 нм

Среднее арифметическое отклонение, Ra 128,06 нм

Дисперсия (разброс распределения вокруг среднего значения) 162,18 нм

Выводы

В результате проведенных исследований поверхности волокнистого материала - ткани «шифон» с титановым нанопокрытие, полученным методом КИБ, с помощью оптической и зондовой микроскопии по разработанной методике установлено, что поверхность ткани имеет развитую структуру, ввиду наличия микрокапель титана, размер которых составляет до 1 мкм, что связано с режимами нанесения покрытия. Получены стати-

139

стические параметры поверхности металлизированной ткани «шифон». Установлено, что среднее арифметическое отклонение профиля поверхности металлизированной ткани составляет Ra=128 нм.

Список литературы

1. G. Buyle Nanoscale finishing of textiles via plasma treatment // Materials Technology, 2009 VOL 24. P. 46-51.

2. Иванов А. В., Любимов В.В., Саломатников М.С. Получение металлических покрытий на текстильных материалах экранирующих электромагнитное излучение в СВЧ - диапазоне длин волн // Сборник трудов. «Высокие, критические электро- и нанотехнологии». Всероссийская НТК. Тула, 2011. С. 78-87.

3. Иванов А. В., Любимов В.В., Саломатников М.С. Разработка процессов получения металлических покрытий нанометровой толщины на гибких объектах // Материалы международной научно-практической конференции «Многомасштабное моделирование структур и нанотехнологии» Тула: Изд-во Тул. гос. пед. ун-та им. Л.Н. Толстого, 2011. С. 65-66.

4. Саломатников М.С. Разработка технологии нанесения металлических покрытий на гибких объектах, экранирующих электромагнитное излучение в СВЧ-диапазоне // Сборник докладов. «Молодежные инновации» VI молодежная научно-практическая конференция Тульского государственного университета; под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Ядыки-на Е.А.: в 2 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. Ч. I. С. 236-239.

Саломатников Михаил Сергеевич, аспирант, m. s. salomatnikov@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

RESEARCH OF THE RELIEF AND STRUCTURE OF THE TITANIUM NANOCOATING FORMED ON FIBROUS MATERIALS

M.S. Salomatnikov

A study of the structure and topography of the titanium coating of nano-meter thickness on the surface of the resulting fibrous material - fabric "Chiffon" by arc evaporation of the cathode material, followed by bombardment in conditions of low temperature argon plasma activation. The technique of carrying out researches is developed. An assessment of the geometric characteristics of the surface of the metallized fabric using atomic force microscopy.

Key words: topography, structure, nano-coating, textile materials, powders, particles, probe microscopy, nanoroughness.

Salomatnikov Michal Sergeyevich, postgraduate, m. s. salomatnikov@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University