高能离子辐照引起界面原子结合增强的新关系

高能离子(MeV/amu)幅照薄膜能够在电子阻止作用区域改善和提高薄膜与基底之间的附着力。实验结果发现,对一定的薄膜—基底系统,当薄膜附着力的增强时辐照离子存在剂最阈值。其中薄膜附着力增强的物理机理和实验研究是当前最引人注目的问题之一。基于高能离子辐照薄膜附着力增强过程中界面化学键增强的观点,建立了一个由界面增强化学键能决定的辐照离子阈剂量的关系。结果发现,对金属薄膜—Teflon,金属膜—硅系统,提出的理论分析关系能够与文献报道的实验结果很好的吻合。此外,用这个理论较好的解释了其它一些实验结果。这对于更进一步理解高能辐照薄膜附着力增强的物理机理,开展能量粒子辐照改善薄膜附着力的应用研究具有一定的参考价值。     

Xe/Pb离子辐照对注碳SiO_2发光特性的影响

先用100keV碳离子注入非晶态SiO_2薄膜,再用高能Xe或Pb离子辐照对样品室温下辐照,然后用光谱仪对样品进行分析。实验结果显示,高能Xe或Pb离子的辐照能显著影响样品的发光特性,发光峰的改变与碳的注入剂量、高能离子的种类和能量以及辐照剂量密切相关,发光强度会随着高能离子的辐照剂量增加而变化,具有较大电子能损值的入射离子能更高效的导致材料的发光特性改变。发光特性的改变与薄膜内部微结构的变化有关,入射离子对应的电子能损大将会造成更大的材料损伤,从而能更显著的影响样品的发光。对离子辐照导致薄膜发光峰演化与薄膜微结构改变的关联进行了简单讨论。     

α粒子和Kr~+离子对钙钛锆石辐照损伤的Monte Carlo模拟

为研究高能粒子辐照条件下钙钛锆石的微观损伤机制,利用蒙特卡罗SRIM软件包模拟α粒子和Kr~+离子在100~3 000keV入射能量范围内,钙钛锆石的阻止本领、能量损失、平均投影射程、空位分布和临界非晶注入剂量dpa值。结果表明,当不同能量的α粒子轰击时,入射离子射程为437~6 960nm,形成的空位总数为12~20个,钙钛锆石以电子阻止本领为主,能量主要以电离能损的方式损耗;当不同能量的Kr~+离子轰击时,入射离子射程为39~1 130nm,形成空位总数为138~1 097个,随着入射粒子能量的增加核阻止本领逐渐减小,电子阻止本领逐渐增加,能量主要以入射离子电离能损、反冲离子电离能损和反冲离子声子能损的方式损耗;在临界非晶注入剂量下,1 000keV的Kr~+离子所产生的峰值dpa深度小,1 500keV的Kr~+离子所产生的峰值dpa深度大。     

MeV离子辐照引起薄膜附着力的增强:阈剂量随界面原子化学结合能的一个经验关系

根据Pauling给出的金属-非金属双原子结合键能的关系,分析文献报导的高能重离子辐照引起金属膜/聚四氟乙烯基底和金属膜/硅基底系统附着力增强的阈剂量数据后发现,阈剂量随界面原子结合能很好地满足指数关系D_(th)=D_0exp(kE_b)。这说明高能离子辐照引起薄膜附着力的增强可能是离子辐照引起界面原子化学结合键能增强的缘故。     

高能电子辐照对黑色聚酰亚胺薄膜结构的影响

借助双束加速器对黑色聚酰亚胺薄膜进行了高能电子辐照实验。分别通过SEM、ATR-FTIR及XPS考察了辐照前后黑色聚酰亚胺薄膜表面的形貌变化、表面化学结构与成分变化。结果表明,通过SEM观察发现,电子辐照后,黑色聚酰亚胺薄膜的表面变得更加粗糙。这可能是由于高能电子使PI/C表面上的弱键分解,从而改变了材料表面的结构,导致材料表面粗糙度增大。通过红外光谱分析发现,电子辐照后,PI/C表面大部分基团的吸收峰强度有所降低。这表明电子辐照使PI/C表面发生了复杂而显著的化学反应。其中黑色聚酰亚胺薄膜的吸收峰强度显著降低,表明材料在电子辐照过程中发生了开环反应。通过XPS分析发现,PI/C中的含氮量及含氧量显著降低,样品表层发生了脱氮及脱氧反应,也佐证了红外光谱表征中电子辐照可使黑色聚酰亚胺薄膜发生开环反应的结论。     

高能粒子辐照对InGaN材料电子浓度和光致发光的影响

研究了高能粒子辐照对InGaN材料的电子浓度变化和PL光谱强度在不同温度下变化的影响.高能粒子辐照使InGaN材料的电子浓度明显增加,表明辐照损伤在InGaN材料中产生的本征点缺陷主要是类施主点缺陷,高能粒子辐照产生的高浓度本征点缺陷最终将缺陷的Fermi能稳定在EFs处.在低温和室温条件下,InGaN材料的PL光谱随高能粒子辐照剂量的增加而变宽,且PL峰能向高能方向偏移.InGaN材料的PL光谱随辐照剂量的增加而变宽,原因是该材料中电子浓度的增加以及k选择的紊乱.研究结果表明,与一般的太阳能电池材料GaAs和GaInP相比,InGaN材料具有非常优越的抗辐照性能.     

高能粒子辐照对零膨胀微晶玻璃光学性质和面形光学稳定性的影响

研究了高能电子，高能质子对ＶＯ２微晶玻璃辐照前后光性质和面形光学稳定性的影响，研究结果表明，高能电子辐照能引起微晶玻璃面形明显变化，且使ＶＯ２微晶玻璃强烈着色。高能质子辐照没引起面形明显变化，高能质子辐照对反射光谱特性没有影响。     

1.5MeV电子辐照下高压电缆内带电效应研究

随着我国卫星长寿命高性能的需求,离子电推进器的使用也将成为一种必然趋势。针对中、高轨道卫星离子电推进器采用的高压电缆在高能电子辐照下引发的内带电效应,导致电推进系统工作故障的问题,测试了高压电缆在1.5 MeV高能电子辐照下产生电荷积累和不同高工作电压下共同作用产生的不同幅值静电放电脉冲信号,同时,采用蒙特卡洛方法分析高能电子沉积的位置,并采用有限元法分析高压电缆在高工作电压下的内部电场的分布和变化,为离子电推进器的高压电缆内带电防护技术奠定基础。     

电子束辐照对锗锑碲非晶薄膜影响的研究

相变存储器是目前最具潜力的新式存储设备之一,其存储性能主要取决于相变材料的结构-性能关系,因此结构表征对于相变存储非常重要。透射电子显微镜(TEM)是表征材料形貌、结构的重要手段,但是高能电子束会对材料的结构造成暂时或永久性的影响,这种影响也为表征非晶相变材料带来了极大的挑战,包括已经商业化的Ge SbTe合金。利用原位TEM系统地研究了电子束辐照对Ge Sb_2Te_4非晶薄膜样品的影响,发现非晶薄膜在较大电子束束流强度下会发生结晶化,而降低束流强度将能够有效保持非晶的稳定性。量化了电子束束流诱发Ge Sb_2Te_4非晶薄膜晶化的阈值,给出了电子束流强度和辐照诱导相变时间的关系,为利用TEM研究Ge SbTe非晶材料的结构与性能提供了有效的安全界限。     

VO2薄膜γ辐照过程的变价和退火现象

对VO2薄膜进行不同剂量的γ辐照处理，利用SEM和XPS对辐照前后的薄膜进行分析，发现γ辐照诱导V离子出现不同价态之间的转变现象，并且价态变化的程度和方向与辐照剂量有关；较低剂量γ辐照在薄膜表面造成显著损伤，当辐照剂理增大时，γ辐照在VO2薄膜中产生退火效应，使薄膜表面质量得到改善。辐照后的VO2薄膜光透射特性测试结果与上述结论相合，对辐照诱导的价态变化和退火效应的机理进行了讨论。     

射频磁控溅射法沉积SiC-Al薄膜的摩擦特性

利用射频法非平衡磁控溅射设备在钛合金板上沉积了非晶态SiC-Al薄膜。为了降低薄膜的摩擦系数,在薄膜中添加Al原子,同时Al也被选择为中间过渡材料来提高界面结合强度和防止界面氧化。研究结果表明:薄膜摩擦系数随着Al原子含量的增加而先减后增,并在Al含量为0.97%时达到最小值。SiC-Al薄膜对SiC和Al2O3陶瓷材料的摩擦系数比对不锈钢材料的摩擦系数低,但它与SUJ2轴承钢之间的摩擦系数最低,在0.04~0.07之间。当把Al作为中间过渡材料时,SiC-Al薄膜的破坏寿命达到了20000循环以上,明显改善了薄膜的界面结合强度;当Al中间过渡层的厚度超过0.2μm以上时,薄膜破坏表现为磨损而不发生剥离现象。另外,薄膜的耐磨强度随着Al含量的增加有所增强。     

V-4Cr-4Ti中的析出相及氦离子辐照损伤行为研究

钒合金作为聚变堆候选结构材料,其辐照损伤行为一直是研究热点。采用100keV的He+在室温分别对V-4Cr-4Ti与中国低活化马氏体钢CLAM(China low activity martensitic)钢进行辐照实验。利用透射电镜结合选区电子衍射,X射线能谱和电子能量损失谱观察辐照损伤前后显微结构演变及合金元素变化。结果表明,合金内部分布大量呈现针状且沿特定晶体生长方向的面心立方晶系析出相TiC,长度约为200~1 000nm。室温He+辐照造成V-4Cr-4Ti与CLAM钢内部形成2~8nm之间的氦泡。钒合金中,析出相与基体界面处的氦泡显著长大,离子辐照并未引起材料显著的晶格膨胀。此外,同一辐照环境下对比CLAM钢,V-4Cr-4Ti合金具有更好的抗辐照肿胀性能。     

高能粒子辐照对太阳能电池材料InGaN合金生长的影响

采用金属有机化学汽相沉积(MOCVD)的方法生长出高质量的InGaN合金薄膜,并对InGaN合金薄膜的光电性能进行高能粒子辐照损伤测试,用室温下的光致发光对InGaN合金薄膜的少数载流子寿命进行间接测量,结果显示,高In组分InGaN合金薄膜具有很好的晶体结构质量,其位错密度均没有超过5×1010cm-2.在辐照损伤强度超过常用太阳能电池材料GaAs和GaInP损伤强度极限2个数量级以上时,InGaN合金仍然具有良好的光电性能,说明InGaN合金是非常适合制作抗超高辐照强度的太阳能电池材料.研究分析表明,InGaN合金具有较高的抗辐照性能是由这种材料的本质属性决定的.     

激光作用下GeS2非晶半导体薄膜的性能及结构变化

采用514.5石nm波长的氩离子激光器,结合X射线衍射分析（XRD）、红外光谱分析（IR）、扫描电镜分析（SEM）和透射光谱分析,研究了GeS₂非晶半导体薄膜在激光辐照后的性能及结构变化.实验结果发现,经热处理和激光辐照后,薄膜的光学吸收边均移向短波长处,并且随着辐照激光强度和辐照时间的增加而增加,这种平移在退火薄膜中是可逆的.SEM结果分析表明,薄膜在激光辐照后有晶相出现,且随着辐照激光强度的增加,晶相更多.     

金属/氧化物界面结合特性的研究现状

金属/氧化物薄膜材料具有优良的物理化学特性,近年来得到了人们的广泛关注和研究。但是,金属/氧化物材料的界面复杂性一直是困扰科研人员的难题。界面结构对材料性能有着重大的影响。分析了氧、缺陷、过渡金属等对金属/氧化物界面的影响,着重讨论了界面结构与特性及对附着性的影响及提升附着性的方法。结果表明,氧的含量及分布、过渡金属中间层、表面电子密度差、离子束辅助沉积、后期处理等对薄膜界面结合特性都有重要影响。     

激光作用下GeS2非晶半导体薄膜的性能及结构变化

采用514.5nm波长的氩离子激光器，结合X射线衍射分析（XRD）、红外光谱分析（IR）、扫描电镜分析（SEM）和透射光谱分析，研究了GeS2非晶半导体薄膜在激光辐照后的性能及结构变化。实验结果发现，经热处理和激光辐照后，薄膜的光学吸收边均移向短波长处，并且随着辐照激光强度和辐照时间的增加而增加，这种平移在退火薄膜中是可逆的。SEM结果分析表明，薄膜在激光辐照后有晶相出现，且随着辐照激光强度的增加，晶相更多。     

φ200mm轻型石英反射镜的研制

本文报导了φ200mm轻型石英反射镜研制结果。研究分析了轻型反射镜对材料的要求,选择了石英做主反射镜材料;研究了具有高结合强度的封接材料及封接技术;研究了环辐型、多环型、井字型及六角型轻型结构,选择了多环型及六角型结构制成了φ150及φ200mm轻型石英反射镜;进行了高温、低温、一年时效、高能电子辐照、高能质子辐照及振动对轻型石英反射镜光学质量影响的研究,研究结果表明具有稳定的光学质量。可做为天文望远镜、卫星及激光系统主反射镜以及高稳定性的台基。     

导电聚噻吩薄膜材料的断裂机理分析

对用电化学方法制备的导电聚噻吩薄膜材料进行了拉伸破坏实验,并用电子散斑干涉法测量了力与变形关系同时用扫描电镜对材料的断口进行了断裂机理分析。研究结果表明:不同厚度的导电聚噻吩薄膜材料对其强度有较大的影响。引起薄膜材料力学特性变化的主要原因是其微结构生成机理不同,在较厚的薄膜自由表面上聚积有比较多的颗粒或大分子团结构,在干燥成型中形成一些微裂纹,这些微缺陷的存在严重影响了薄膜材料的承载能力,导致薄膜强度随厚度增加而降低。     

高温氘离子辐照对低活化钢微观结构的影响

材料问题是可控核聚变能否实现商业应用从而解决人类能源问题的"瓶颈"之一。低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢具有良好的抗辐照性能,被普遍认为是新一代聚变反应堆的候选结构材料之一。在聚变堆环境下,材料不仅会受到高能中子辐照而且氘氚也可能进入材料中。为了研究氘离子以及辐照对低活化钢的微观结构的影响,采用CLAM钢(一种RAFM钢)和FeCr模型合金,在500℃下进行58keV氘离子辐照,利用高分辨透射电镜对比分析辐照前后材料微观结构的变化,研究辐照及氘离子对低活化钢的影响。结果表明:高温氘离子辐照不仅在材料中产生大量的缺陷和缺陷集团,同时还可能产生辐照诱导析出。而CLAM钢中原有的析出物经高温离子辐照后并没有发生非晶化,对其原因进行了讨论。     

Al-Kapton层合薄膜力学行为的实验研究

Al-Kapton层合薄膜是一种空间可刚化材料,利用电子万能材料实验机在不同温度和不同拉伸速率下对其强度和弹性模量变化进行了研究.用电子探针对Al-Kapton薄膜的拉伸断口进行了扫描,从微观上考察其破坏机理.利用阿累尼乌斯建立了Al-Kapton层合薄膜弹性模量和温度之间关系的预测模型,并通过实验验证了此模型的有效性.研究结果表明:Al-Kapton层合薄膜的强度和弹性模量随温度上升而下降,但是,随着拉伸速率的增加,其强度有所提高,而弹性模量几乎没有变化;在-130～130℃之间,Al-Kapton薄膜中的铝箔属于韧性断裂,断裂形式从韧窝断裂向滑移断裂过渡,而Kapton薄膜的断裂方式属于分子链破坏.