N+离子注入聚四氟乙烯表面改性研究

在剂量为1×1014—1×1017ions／cm2的范围内，在不同的温度条件下，用 能量为160keV氮离子对PTFE表面进行注入处理，处理后的样品用可见(514．5nm)和傅里叶红 外(1064nm)拉曼(Raman)光谱以及扫描电镜和x射线能谱仪进行检测.实验结果表明低剂量注 入可以增强PTFE晶体结构的取向和有序性；中等剂量时溅射损失效应明显，表面粗糙度加大 ：高剂量注入时微观结构强烈地变化并生成CC双键，导致表面碳化.另外温度对表面改性效 果有很大的影响.刻蚀率和表面的微观结构的变化随着温度的升高而增强.离子注入前，用喷 射技术使样品覆盖一层150nm的金膜，薄膜的黏结性和硬度用划痕和透明胶带测试配合扫描 电镜进行分析.分析结果表明，黏结性在注入剂量为1014ions／cm2时明显增强，这 个结果与表面亲水性测量结果是一致的.但表面硬度只在温度为180℃时才得到了增强. 关键词： 离子注入 聚四氟乙烯 表面改性     

离子束注入对聚四氟乙烯表面改性研究

在剂量为1×1014～1×1017 ions/cm2的范围内,用能量为160 keV氮离子对PTFE表面进行注入处理,处理后的样品用可见(514.5nm)和傅立叶红外(1064 nm)喇曼(Raman)光谱以及扫描电镜进行检测.结果表明低剂量注入可导致弱C-C键的断裂,中等剂量时溅射损失效应明显,高剂量注入时微观结构强烈地变化并生成C=C双键.     

He 离子注入引起的高纯钨硬化

完成了不同注量或温度下100 keV 的He 离子注入高纯钨的实验,并利用纳米压痕技术测量了材料的微观力学性能。所有注入样品的纳米硬度值都高于未注入样品的纳米硬度值。对于室温注入样品,随着注量的增加,样品抗弹性变形能力下降;当注量不高于5x1017 ions/cm2 时,钨的纳米硬度峰值随着注量的增加而增加;注量为1x1018 ions/cm2 的钨样品的纳米硬度峰值反而降低。高温注入样品的抗弹性变形能力优于室温注入样品的抗弹性变形能力;随着注入温度的增加,样品的平均纳米硬度值和弹性模量略有下降。分析讨论了He 注入钨硬化和抗弹性形变能力降低的可能原因。Tungsten has been selected as divertor materials in fusion reactors because of its high thermal conductivity,high melting point, low expansion coefficient and high threshold energy for sputtering etc. The paper presents the hardening behaviour of high pure tungsten by 100 keV He+ with different fluences from 5x1016 ions/cm2 to 1x1018ions/cm2 at room temperature, and with fluence of 1x1018 ions/cm2 at higher temperatures (400, 600 and 800 °C). The microscopic mechanical properties of these samples were investigated by nano-indentation technology. The results show that all of the implanted samples harden obviously. The reason for hardening may be that defects of interstitial dislocation loops or dense helium bubbles etc induced by helium implantation obstacle the movement of dislocation. The peak nanohardness of the samples increased with the fluences increasing when the fluence is not more than 5x1017 ions/cm2, while the nano-hardness value of the implanted sample with the fluence of 1x1018 ions/cm2 decreases and the nano-hardness changes little in the region of 50 nm to 200 nm from surface. For all the implanted samples with 1x1018 ions/cm2 at higher temperatures, their nano-hardness values are similar, but show a trend of decrease with increasing temperature.The reason may be the decrease of the defects’ density during implantation at higher temperatures. In addition, the capability of resisting deformation for the implanted tungsten reduces with increasing fluence and increases a little at higher temperatures.     

He注入单晶Si表面形貌的变化研究

沿Si的（100）面注入He离子, 能量为30 keV、 剂量为5×1016 ions/cm2。 注入后样品切成几块, 在真空炉中分别做退火处理, 退火温度从600 ℃到1 000 ℃, 退火时间均为30 min。 利用原子力显微镜研究了各个样品表面形貌的演化。 发现样品表面形貌与退火温度相关联。 假设在气泡中He原子与空位的比值很高, 导致样品内部存在高压的He泡, 从而使样品表面形貌发生变化。 探讨了在Si中He泡随退火温度的演化和He原子在材料中的释放机制及其对表面的影响。     

大块金属玻璃Al_(7.5)Cu_(17.8)Ni_(10.7)Zr_(64)的耐Ar~(2+)离子辐照性能研究

利用能量为3 Me V的Ar~(12+)离子辐照金属玻璃Al_(7.5)Cu_(17.8)Ni_(10.7)Zr_(64)和金属W,研究了金属玻璃的Ar离子辐照损伤,辐照剂量分别为1×1014,1×1015和1×1016ions/cm~2。XRD分析发现在不同剂量辐照下Al_(7.5)Cu_(17.8)Ni_(10.7)Zr_(64)均保持非晶为主要结构。不同剂量辐照后的金属玻璃样品表面没有明显的辐照损伤,而金属W在剂量为1×016ions/cm2时表面出现大面积不规则的裂纹和孔洞。AFM分析显示Al_(7.5)Cu_(17.8)Ni_(10.7)Zr_(64)的表面均方根粗糙度随辐照剂量的增大而增大;辐照后金属玻璃的表面硬度略有降低,而金属W的硬度有所升高。在低于金属玻璃的玻璃化转变温度时,金属玻璃Al_(7.5)Cu_(17.8)Ni_(10.7)Zr_(64)的耐Ar~(12+)溅射能力好于金属W。     

大块金属玻璃Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64的耐Ar12+离子辐照性能研究北大核心CSCD

利用能量为3 MeV的Ar12+离子辐照金属玻璃Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64和金属W,研究了金属玻璃的Ar离子辐照损伤,辐照剂量分别为1×1014,1×1015和1×1016 ions/cm2。XRD分析发现在不同剂量辐照下Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64均保持非晶为主要结构。不同剂量辐照后的金属玻璃样品表面没有明显的辐照损伤,而金属W在剂量为1×016 ions/cm2时表面出现大面积不规则的裂纹和孔洞。AFM分析显示Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64的表面均方根粗糙度随辐照剂量的增大而增大;辐照后金属玻璃的表面硬度略有降低,而金属W的硬度有所升高。在低于金属玻璃的玻璃化转变温度时,金属玻璃Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64的耐Ar12+溅射能力好于金属W。     

Ce~(3+)注入对超晶格中硅纳米晶光致发光强度的影响

研究了铈离子注入和二次退火等因素对硅纳米晶(nc-Si)发光强度的影响.利用电子柬蒸发以及高温退火得到nc-Si/SiO2超晶格结构.随后将该结构样晶分别注入2.0×1014cm2和2.0×1015cm-2剂量的铈离子(Ce3+),再分别以不同温度对其进行二次退火,获得多种样品.通过对样品光敏发光光谱的分析发现,Ce3+注入后未经过二次退火的样品发光强度急剧下降.二次退火后的样品,随着退火温度的升高,样品的光致发光灶度逐渐增强,但当温度超过600℃时,发光强度反而下降,600℃为二次退火的最佳退火温度.注入适当剂量的Ce3+,其发光强度可以超过未注入时的发光强度,Ce3+的注入存在饱和剂量.研究表明,样品发光强度的变化受到铈离子注入剂量和注入后二次退火温度等因素的影响,并且存在着Ce3+到nc-Si的能量传递.     

Co+离子注入单晶TiO2铁磁性来源与微结构研究

在室温下,将能量为80 keV, 注量分别为1×1016和1×1017ions/cm2的Co+离子注入到10 mm×10 mm×0.5 mm的单晶TiO₂样品。在氮气保护下, Co+离子注量为1×1017 ions/cm2时样品在温度为900 ℃的条件下退火30 min。 利用超导量子干涉仪 （SQUID）测量样品磁性, 并应用X射线衍射（XRD）和扩展边X射线吸收精细结构谱（EXAFS）研究Co+离子注入后样品的微观结构。 样品磁性测量结果表明:Co+离子注入后的样品具有室温铁磁性, 并且其饱和磁化强度的大小与Co+离子注量及样品是否经退火处理有关。 EXAFS研究表明: Co元素在Co+离子注量为1×1017ions/cm2的样品中主要以团簇形式存在;样品经退火处理后, Co团簇消失, 并发现Co部分替代TiO₂单晶中的Ti。Co+离子注入后, 在样品中形成Co团簇与否受离子注量的影响。 阐述了样品微观结构与铁磁性来源之间的关系。 At room temperature, monocrystalline plates of rutile (TiO₂) were implanted with cobalt ions of an energy of 80 keV to fluences of 1×1016 and 1×1017 ions/cm2 respectively . The 1×1017 ions/cm2 Co implanted samples were annealed in nitrogen at 900 ℃ for 30 min. The magnetic properties of Co implanted samples were measured with a superconducting quantum interference device magnetometer (SQUID) at room temperature. Furthermore, the X ray diffraction (XRD) and Extended X ray Absorption Fine Structure (EXAFS) were applied to investigate the structural and compositional properties of Co implanted samples. The magnetic measurements of samples showed that the size of the saturation magnetization of the Co implanted samples were related to the fluence of ions, and the saturation magnetization of the sample after annealed decreased significantly. The EXAFS measurements showed the presence of cobalt metallic clusters in the sample implanted to ion fluence of 1×1017 ions/cm2. The Co metallic clusters disappeared in the sample after annealed, and resulted in the oxidized Co, which is presumed to substitute into the Ti site. The formation of Co clusters or not was determined by the ion fluence. The relation between ferromagnetic behavior and microscopic structure of the Co implanted samples is discussed.     

聚四氟乙烯材料表面激光改性与刻蚀

利用波长为248 nm的准分子激光束在不同激光能量密度下照射聚四氟乙烯(PTFE)材料的表面,并用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼(Raman)光谱等手段对激光处理前后样品的表面形貌、化学成分和结构进行测量和分析,进而对激光与聚四氟乙烯相互作用的机理进行了研究。实验结果表明,激光辐照使聚四氟乙烯表面产生去氟效应,导致表面碳化、分子链的交联以及含氧基团的产生,随着激光能量密度的增加,C=C双键逐渐形成。这些结构的变化可以导致表面硬度和粘结性增强。激光能量密度的大小对照射后样品表面的物理性质和化学结构有着重要的影响,它是聚合物表面激光改性和烧蚀的关键因素。     

Ti~+离子注入结合热退火法制备TiO_2纳米薄膜研究

利用金属蒸发真空多弧离子源(MEVVA源)注入机将Ti+离子注入到高纯石英玻璃衬底中,离子注入的加速电压为20 k V,注入剂量为1.5×1017和3×1017ions/cm2,将注入样品在氧气气氛下进行热退火处理,制备了TiO2纳米薄膜。采用光吸收谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对注入样品进行了测试和表征,分析了TiO2薄膜的形成机理。在热退火过程中衬底中离子注入的Ti原子向外扩散到衬底表面被氧化形成了TiO2。TiO2的形成、晶粒尺寸和晶体结构依赖于热退火温度,而形成TiO2薄膜的厚度主要受离子注入剂量和热退火时间的影响。实验结果表明,该方法制备的TiO2纳米薄膜将有望应用于制备具有光催化、自清洁等特殊性能的自清洁玻璃。