N离子注入对TiN薄膜的组织及性能的影响

对钛合金基体上的TiN薄膜进行了不同剂量N离子的注入。利用扫描电镜、X射线衍射对离子注入前后组织进行了分析,并进行了硬度、摩擦磨损实验。结果表明:N离子注入使膜层呈现非晶化趋势,并随剂量增大而增强,当剂量为1.2×10~(18)ions/cm~2时膜层非晶化,晶粒得到了细化;当剂量为9×10~(17)ions/cm~2时变化最明显,尺寸约为20 nm以下;表面硬度得到提高,其增幅受到剂量及晶粒细化影响,最大增幅约为163.8 HV;摩擦磨损性能在TiN膜层表面硬度提高、粗糙度降低及长程效应的影响下也得到了较大提高,主要受注入剂量影响。     

离子注入条件下单晶银薄膜形成的理论探讨

在室温环境下，用不同的注入剂量将２４ｋｅＶ的Ｎ＋离子和３５０ｋｅＶ的Ｘｅ＋离子注入进多晶银薄膜中。对实验结果进行分析后发现，经离子注入后在银薄膜中出现了再结晶和晶粒长大现象。当注入的离子达到一定剂量时，多晶银薄膜转变成单晶银薄膜．本文对单晶银薄膜的形成机理作了探讨，认为与晶粒生长有关的主要因素是：（１）离子注入．过程中在薄膜内部产生的高密度的缺陷和位错促进了晶粒再结晶和晶粒生长。（２）由于晶格畸变而产生的界面张力为在晶粒初始再结晶以后的进一步长大提供了驱动力。（３）晶粒之间的取向差有助于晶粒的生长。（４）离子注入过程中产生的晶格弛豫效应促使薄膜中的应变能不断恢复和产生，使晶粒持续不断地再结晶而逐渐长大。（５）薄膜的基底对单晶薄膜的形成有一定影响。     

低能离子注入对聚吡咯甲烯的改性

利用低能氮离子对聚[(3乙酰基吡咯-2,5-二)对二甲氨基苯甲烯](Papdmabeq)薄膜进行了离子注入改性(注入能量为10～35 keV、剂量为1.2×1016～2.2×1017ions/cm2),研究了与材料三阶非线性极化率相关的物理量的变化规律.结果表明,氮离子注入使Papdmabeq薄膜的光电特性都发生了显著变化.适当能量和剂量的氮离子注入Papdmabeq薄膜后,薄膜中导电岛的数量增加,在聚合物分子链间形成了大的导电区域,导致其电导率显著提高.当注入离子的能量为25 keV、剂量为2.2×1017ionS/cm2时,Papdmabeq薄膜的电导率为9.2×10-4S/cm,比本征态Papdmabeq的电导率提高了5个数量级,且离子注入后薄膜电导率的环境稳定性优于经碘掺杂的Papdmabeq.氮离子注入可以使这种聚合物薄膜在可见光范围内的光吸收大幅度提高,使共轭程度得到显著增强.当注入离子的能量为35 keV、剂量为2.2×1017ions/cm2时,Papdmabeq的光学禁带宽度(Eg)由1.626 eV降低到1.340 eV.     

Al 及 Al 合金离子注入氮层组织结构及其耐磨性

选取能量为80keV、剂量范围为1×10~(16)-8.3×10~(17)N~+·cm~(-2)的氮离子对 L2,LD2,LF12,LY12,Al-4%Cu 等 Al 合金进行氮离子注入,并用 X 射线光电子能谱及透射电子显微镜分析了氮离子注入层的价态特征及组织结构特点。在此基础上进行了硬度及耐磨性试验。氮离子注入到 Al 及 Al 合金中在室温下能形成细小弥散的 AlN 析出相;氮离子注入加速了 Al-4%Cu 合金的时效析出过程。Al 及 Al 合金表层硬度及耐磨性随着氮离子注入剂量的增加而提高。     

Ti膜的离子注入表面强化效应研究

本文研究了Ar~++N~+注入铍表面Ti膜后,表面层的强化效应。实验先以Ar~+注入(剂量为4.5×10~(16)/cm~2),再注入N~+(剂量分别为1.6×10~(17)/cm~2、3.3×10~(17)/cm~2、5.5×10~(17)/cm~2),研究表面硬度及磨损速率随N~+注入剂量的变化关系,结果表明,N~+注入对表面硬度及耐磨性能有很大改进,并有一最佳剂量。X射线衍射分析得到,N离子注入后表面生成了TiN硬质相,并用RBS观察了膜与基体间的界面情况。     

离子注入聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔薄膜的改性研究

采用能量为 ( 10～ 35 )keV ,剂量为 ( 3 0× 10 15～ 4 8× 10 17)ions/cm2 的氮离子 (N+)对聚 ( 2 甲氧基 5 辛氧基 )对苯乙炔 (PMOCOPV)进行离子注入改性。PMOCOPV薄膜的电导率随注入离子能量和剂量的增加而迅速提高。当注入N+的能量为35keV ,剂量为 4 8× 10 17ions/cm2 时 ,PMOCOPV薄膜的电导率为 0 0 96S/cm ,比本征态的电导率提高了 7个数量级。通过超高阻测试仪研究了PMOCOPV薄膜表面电导率与温度的关系 ,发现N+注入PMOCOPV薄膜的电导活化能为 0 15 6eV。离子注入PMOCOPV薄膜的电导率的环境稳定性优于I2 和FeCl3 掺杂的PMOCOPV。对离子注入PMOCOPV薄膜的导电机理进行了初步探讨。     

注入能量对304不锈钢离子注N表面改性层组织与性能的影响

注入能量对离子注入影响明显,但目前探究注入能量对304不锈钢离子注N层影响报道较少。研究在N剂量相同的情况下,离子注N时不同注入能量(30~75 keV)对304不锈钢表面改性层的组织及性能的影响。采用离子注入软件SRIM2013模拟离子注入对304不锈钢的注N深度,并采用扫描电镜(SEM)、显微硬度仪、X射线衍射仪(XRD)、万能摩擦磨损试验机对表面改性组织、硬度、相结构、摩擦系数进行测试,并对微观机理进行了分析与讨论。研究表明:在相同剂量下(9.0×10~(17)cm~(-2)),在注入能量范围为30~60 keV时,表面生成了γN相。但随着注入能量达到75 keV,304不锈钢表面出现多孔形貌,且硬度、摩擦系数等力学性能下降。经注入能量60 keV注N后,所得注N试样的显微硬度约为基材的1.9倍,摩擦系数有所降低,从基材的0.62下降为注N后的0.32;注入能量60 keV是离子注入的最佳注入能量。     

离子注入硅橡胶和聚氨脂表面改性的研究

研究了离子注入医用高分子材料硅橡胶,聚氨脂表面浸润性和白蛋白吸附性的变化。硅橡胶样品分别在40,60,80,100keV能量下注入N~+和Ar~+、注入剂量为2×10~(12)～2×10~(17)cm~(-2),聚氨脂样品在60～100keV能量下注入Si~+,剂量为2×10~(13)～2×10~(16)cm~(-2)。注入后的样品测量了水接触角和白蛋白吸附量。结果表明:随注入剂量增加硅橡胶表面与水的接触角从86°下降到59°;聚氨脂样品的水接触角从84°下降到69°。用傅立叶变换衰减全反射红外光谱(FT-IR-ATR)研究了注入后表面的键合状态。发现离子束轰击打断了一些表面的化学键,在表面形成了一些自由基。对Si~+注入的聚氨脂样品作了顺磁共振分析,发现表面的自由基随注入剂量增加,强度增加。用扫描电子显微镜观察了注入后的表面形貌。     

聚(2,5-二丁氧基)对苯乙炔的制备及其离子注入改性研究

通过双醚化反应、氯甲基化反应以及在强碱性条件下进行的脱氯化氢反应,制备出新型光电功能材料聚(2,5 二丁氧基)对苯乙炔(PDBOPV)。采用能量为10～35keV,剂量为3.0×1015～4.8×1017ions/cm2的氮离子(N+)对PDBOPV进行离子注入改性。PDBOPV薄膜的电导率随注入离子能量和剂量的增加而提高。当注入N+的能量为35keV,剂量为4.8×1017ions/cm2时,PDBOPV薄膜的电导率为0.136S/cm,比本征态的电导率提高了8个数量级。通过超高阻测试仪研究了PDBOPV薄膜表面电导率与温度的关系,发现N+注入PDBOPV薄膜的电导活化能为0.155eV。离子注入PDBOPV薄膜的电导率的环境稳定性能优于Br2、I2和FeCl3掺杂的PDBOPV。对离子注入PDBOPV薄膜的导电机理进行了初步探讨。     

注入剂量对300℃下Mn+注入p型GaN薄膜的结构和磁性影响

在(0001)面的蓝宝石衬底上用低压MOCVD法生长p型GaN外延层.对p型GaN薄膜用180keV的Mn 离子注入进行磁性粒子掺杂,注入时GaN薄膜处于300℃,注入剂量分别为5.0×1015、1.0×1016和5.0×1016cm-2.对注入的样品在N2气流中进行快速热退火处理,温度为850℃,时间为30s.用超导量子干涉仪(SQUID)对样品的磁性进行了分析,在5.0×1015cm-2的注入样品中发现了较强的铁磁性;而1.0×1016和5.0×1016cm-2的Mn 离子注入样品中铁磁响应有所减弱.结合用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对在不同剂量下Mn 注入GaN薄膜的结构、形貌和成分的分析,揭示了不同剂量磁性离子注入给GaN薄膜带来的结构、形貌和相应的铁磁性变化规律,发现只有适当的注入剂量(5.0×1015cm-2)才有利于在300℃下用180keV的Mn 注入对p型GaN薄膜进行磁性离子掺杂.     

低能离子注入对聚苯胺薄膜的改性研究

利用低能量的N 对电化学合成的聚苯胺薄膜进行了离子注入改性 ,实验结果表明 :聚苯胺薄膜经N 注入后薄膜电导率随注入能量和剂量的增加而提高 ,电导率最大提高了 9个数量级 ,即由本征态的电导率 (>1× 1 0 -12 S/cm)提高到 1 76× 1 0 -3 S/cm(注入剂量 :3× 1 0 17ions/cm2 ,注入能量 :35keV) ;同时离子注入后聚苯胺薄膜在可见光范围的吸收比增强。     

银离子注入ABS树脂抗菌性能研究

用MEVVA源将银离子注入ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)树脂表面,研究在注入剂量为1.0×1016ions/cm2、注入能量由5 keV到30 keV材料的抗菌性。通过X射线光电子能谱(XPS)及拉曼(Raman)光谱对样品表面进行了表征,并测试样品的疏水性和抗菌性。结果表明:载能离子导致ABS树脂表面部分化学键断裂,并出现失氢、富碳,而银以离子形式存在其氧化物中;材料表面的接触角变大,由亲水性材料变为疏水性材料;银离子注入后材料具有良好的抗菌性能,抗菌效果随着离子注入能量的增加呈现降低趋势。     

离子注入薄膜电阻与剂量关系计算的基本模型

离子注入薄膜的电阻随离子注入的剂量而变化,本文以一个基本模型对此进行讨论。模型由薄膜厚度效果、注入离子对传导电子的散射及辐照损伤三因素组成。模型能较好地说明实验曲线。尤其在200keV Ar~+离子注入Cu膜的实验中,发现辐照损伤对电阻变化有着重大影响。     

离子注入改性聚对苯乙炔的光学及电学性能

利用脱氯化氢反应制备π共轭高分子聚[2-甲氧基-5-(3′-甲基)丁氧基]对苯乙炔(MM B-PPV)。采用能量为15 keV~35 keV,剂量为3.8×1015ions/cm2~9.6×1016ions/cm2的低能氮离子(N+)对MM B-PPV薄膜进行离子注入改性研究。红外光谱显示,离子注入后分子的特征峰未发生显著变化,而在3442cm-1、1622 cm-1等处出现N-H键的振动峰;随着注入能量、剂量的增加,薄膜的紫外-可见吸收边向长波方向移动,π共轭高分子中激发态和基态间的光学禁带宽度变窄;薄膜的表面电导率随着注入能量、剂量的增加迅速提高,当注入能量为35 keV,剂量为9.6×1016ions/cm2时,表面电导率高达3.2×1-0 2S/cm,比本征态提高7个数量级以上。     

离子注入法增强YIG单晶薄膜的磁光效应

利用离子注入技术，将Ce^ 3离子注入到YIG单晶薄膜中，剂量为10^14-10^16ion/cm^2，能量为500keV。对注入前后的样品进行光吸收谱测量，发现注入后的样品光吸收有明显的增加，且样品颜色变深，对样品进行高温退火，可有效地降低光损耗，离子注入样品磁光特性测量表明Ce^ 3薄膜有很大的磁光增强作用，且法拉第旋转角随注入剂量增加而增大。     

铜离子注入马氏体不锈钢的抗菌性能研究

Cu离子由MEVVA离子注入机引出注入2Cr13不锈钢,采用60keV的能量、(0.2～2.0)×1017ions/cm2剂量。计算了60keV能量下Cu离子的饱和注入量。研究了2Cr13不锈钢在铜离子注入后所具有的抗菌性能,分析了注入量对样品抗菌性能的影响。抗菌实验结果表明,注入量接近饱和注入量时,样品具有最佳的抗菌性能。     

退火对Mg离子注入p-GaN薄膜性能的影响

在用 MOCVD 方法生长的 p-GaN 薄膜中注入 Mg 离子,然后在 N_2气氛下在850～1150℃之间快速退火,研究了 Mg~+离子注入后样品退火前后的结构、光学和电学性质．结果表明,离子注入使 GaN 晶体沿着 a 轴和 c 轴方向同时膨胀．在离子注入后的 p-GaN 薄膜的拉曼散射谱中出现波数为300 cm~(-1)和360 cm~(-1)两个新峰,其强度随着退火温度而变化．这两个新峰分别对应于布里渊区边界的最高声学声子支的振动模式和局域振动模式．消除这两个损伤引起的峰的临界温度是不同的．注入剂量1×10~(14)cm~(-2)是一个临界值,对于注入剂量高于这个临界值的样品,高温退火不能使其晶体质量全部恢复．     

钛离子注入镁钙锌合金在SBF中的耐腐蚀性

通过X射线能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、纳米压痕、三电极体系法和扫描电子显微镜(SEM)对Mg-1.0%Ca-1.0%Zn(质量分数)镁合金表面注入元素的含量和分布、合金的表面硬度和弹性模量、在SBF中的极化曲线、浸泡后的合金形貌进行了观测和表征,研究了合金在钛离子剂量为1.5×10~(17)cm~(-2)注入条件下在模拟体液(Simulated BodyFluid,SBF)中的耐腐蚀性。结果表明:对于钛离子注入的镁合金,随着注入剂量的增加合金表面元素的含量增加,注入的钛在合金表面形成TiO_2层,合金的表面硬度和弹性模量增加,在100 nm深度处表面硬度达到最大;同时,合金的极化阻力增大,提高了耐腐蚀性能.     

银离子掺杂TiO2薄膜的物理性能研究

不同剂量的银离子被注入到采用反应磁控溅射(RMS)制备出的TiO2薄膜中.实验发现,薄膜的成分以二氧化钛和单质银为主,薄膜中可以看到银的纳米晶颗粒.注入的银离子在薄膜中呈近高斯分布,分布峰随注入剂量的增加而向表层移动.银离子注入后原本致密平整的TiO2薄膜表面出现了沟壑和晶粒粗化现象,且均方根粗糙度随注入剂量的增加而增加.不同的注入剂量对薄膜的表面能没有明显的影响.     

n-BN/p-Si薄膜异质结的I-V特性

用射频溅射系统制备了BN薄膜,并且用离子注入的方法在BN薄膜中注入S,从而成功制备了n-BN/p-Si薄膜异质结,并研究了异质结的电学性质.注入S的BN薄膜是用13.56 MHz射频溅射系统沉积在p型Si(100)(5～6 Ω·cm)衬底上,靶材为h-BN靶(纯度为99.99%).离子注入时,注入离子的能量为190 keV,注入剂量为1015/cm2.对注入后的薄膜进行了退火处理(退火温度为600℃),用真空蒸镀法在异质结表面蒸镀了2 mm×5 mm的铝电极,以便测量掺杂后异质结的电学性质.实验结果表明离子注入掺杂后制备的n-BN/p-Si异质结的I-V曲线具有明显的整流特性,其正向导电特性的拟合结果表明异质结的电流输运符合"隧道-复合模型"理论.