Рамановское рассеяние и атомно-силовая микроскопия были использованы для исследования свойств фуллереновых и композитных пленок, получаемых испарением фуллеренового порошка C60. Номер в физико-астрономической классификации Американского физического института (PACS) 29.17.+w1. Введение Твердая пленка для обдирки (SSSF) для тандемных ускорителей имеет некоторые преимущества в сравнении с газовыми мишенями. Например, использование твердой пленки для обдирки обеспечивает более высокий средний уровень заряда ионов и, следовательно, более высокую выходную энергию и, что важнее, более высокую интенсивность пучка при определенном уровне энергии. Углеродная пленка для обдирки обычно используется для обдирки, т.к. обладает устойчивостью при высоких температурах в вакууме и имеет хорошую электрическую и тепловую проводимость. Для поддержания низкого уровня многократного рассеяния, необходимо использовать материалы с низким значение Z. Углерод имеет одно из наиболее низких значений Z, а также может быть преобразован в тонкую пленку для выполнения поставленной задачи. Но есть и очень важный недостаток. Углеродные пленки имеют ограниченное время жизни при радиационном воздействии. Уровень наносимого радиацией вреда пропорционален интенсивности ионного пучка и массе ионов. Факторы, ограничивающие срок жизни пленки: (i) увеличение толщины пленки и (ii) стягивание пленок в районе облучения [1], что приводит к разрыву обдирного материала. Как будет показано ниже, все эти факторы являются следствием восстановления структуры углеродных пленок стимулирующим облучением. Экспериментальные данные До конца 70-х годов прошлого века основными технологиями, использовавшимися для приготовления автономных углеродных пленок, были испарение графита пучком электронов и с помощью электрической дуги. Но в 1979 году в результате сотрудничества групп Лаборатории Дэрсбери и Агентства Атомной Энергии получил развитие метод химического парофазного осаждения для получения гидрогенизированных углеродных пленок для обдирки [1-3]. Длительность жизни таких пленок была увеличена благодаря фактору порядка. В то же время было проведено систематическое исследование эффекта облучения на восстановление структуры в гидрогенизированных аморфных углеродных пленках [4, 5]. Был сделан вывод, что при бомбардировке ионами активируется тепловой процесс графитизации (упорядочивание структуры в аналогичную графитовой). Авторы объясняют улучшенную радиационную сопротивляемость таких пленок тем, что происходит модификация ближнего порядка при бомбардировке ионами во время процесса осаждения. В 80-х годах в Мюнхенском техническом университете исследователи провели сравнительное комплексное изучение воздействия особенностей ближнего порядка (таких как распределение ориентации графитоподобных нанокристаллитов ) на радиационную сопротивляемость углеродных пленок для обдирки [6, 7]. Структура кристаллитов графита в высшей степени анизотропна. Атомы углерода очень плотно расположены в базовых плоскостях («графеновые листы») и скреплены сильными ковалентными связями. Но «графеновые листы» соединяются друг с другом слабыми ван-дер-ваальсовскими связями. Межатомное расстояние в «графеновых листах» составляет 0,14 нм в то время как расстояние между «графеновыми листами» составляет более 0,3 нм. Уровень анизотропности был измерен по соотношению отражения дифракции электронов I002/I100. Также был предложен и обоснован механизм разрушения пленок для обдирки под воздействием бомбардировки тяжелыми ионами. Обычные методы осаждения, такие как испарение пучком электронов или электрической дугой, приводят к формированию пленок со структурой имеющей в большинстве случаев ориентацию «графеновых листов» в графитоподобных кристаллитах параллельно плоскости пленки. При ионной бомбардировке рассеяние энергии ионов из-за силы сопротивления приводит к нагреванию углеродного материала в области облучения и вследствие этого, к процессу графитизации. Благодаря наличию начальной структуры графитизированная область также имеет желаемую ориентацию. Скопление междоузлий между «графеновыми листами» и диффузия пустот по границе нанокристаллитов приводит к известному уже эффекту увеличения вдоль оси C и сжатию в базовой плоскости [8]. Очевидно, углеродные пленки, имеющие структуру графитоподобных нанокристаллитов по оси C перпендикулярно плоскости самой пленки будут подвержены силе сжатия и в конце концов разрушатся. Если ориентация графитоподобных нанокристаллитов является равнонаправленной, то тогда эффект анизотропных изменений в объеме графитоподобных нанокристаллитов будет скомпенсирован. Эта группа ученых разработала метод лазерной абляции для осаждения углеродных пленок и доказала, что эти пленки имеют почти изотропную структуру и повышенную радиационную сопротивляемость по сравнению с методом химического парофазного осаждения [6]. В предыдущей нашей работе было показано, что уровень изотропности аморфных углеродных структур может успешно варьироваться путем изменения интенсивности ионной бомбардировки во время процесса осаждения [9].
Но сама природа предоставляет нам полностью изотропный углеродный материал. Это фуллерен. Фуллерен – общее название для целой группы близких к углероду молекул, которые были открыты около 10 лет назад [10]. Наиболее стабильными из них являются молекулы C60 и C70, имеющие 60 и 70 атомов углерода соответственно (Рис. 1). В твердом состоянии эти молекулы существуют в форме кубических молекулярных кристаллов (фуллеритов). Эта структура в высшей степени изотропна по сравнению с графитоподобными структурами обычных аморфных углеродных пленок. Хотелось бы измерить потенциал использования подобного материала для создания пленок для обдирки, но при этом возникает несколько проблем 1. Фуллерены имеют низкую температуру сублимации (около 500°C). Это упрощает процесс испарения, но известно, что температура облучаемой зоны пленки для обдирки может достигать 1000°C и поэтому чистые фуллереновые пленки не могут быть эффективны при данной температуре. 2. Несмотря на большие достижения в развитии технологии производства фуллеренов в массовом количестве, их коммерческая доступность по-прежнему невысока (примерно 35-45 долларов США за грамм чистого порошка C60).
| 
