低能斜入射离子束诱导单晶硅纳米结构与光学性能研究

为了研究低能Ar+离子束在不同入射角度下对单晶硅表面的刻蚀效果及光学性能,使用微波回旋共振离子源,对单晶Si(100)表面进行刻蚀,采用原子力显微镜、非接触式表面测量仪和傅里叶变换红外光谱仪对刻蚀后硅片的表面形貌、粗糙度和光学透过率进行了测量.实验结果表明:当离子束能量为1000 eV、束流密度为265μA·cm-2、刻蚀时间为30min时,离子束入射角度从0°增加到30°,样品表面出现条纹状结构.入射角度在0°～15°,随着角度增加,样品表面粗糙度增加,条纹周期减小,光学透过率提高;而在15°～ 30°范围内,随着角度增加,粗糙度开始减小,条纹周期增大,同时光学透过率降低.继续增加入射角度,条纹状结构逐渐消失,入射角度到45°时,粗糙度和光学透过率达到最小值;增加入射角度到55°,样品表面出现自组织点状结构,表面粗糙度急剧增大,光学透过率随着角度增加开始增加;继续增加离子束入射角度到80°,表面粗糙度和光学透过率继续增加,样品表面呈现出均匀有序的自组织柱状结构;此后,随着入射角度的增加,表面粗糙度又开始减小,光学透过率降低.自组织条纹结构到柱状结构的转变是溅射粗糙化和表面驰豫机制相互作用的结果.     

离子束溅射生长Ge纳米薄膜的表面形貌观察

采用离子束溅射技术并按正交试验方案生长了不同厚度以及在不同条件下退火的Ge纳米薄膜,用AFM图谱对薄膜的表面形貌进行了表征.结果表明厚度为2.8nm的Ge膜在600℃下退火10min,出现了高4nm、直径50nm左右的Ge岛,而10nm厚的Ge膜在720℃下退火120min,岛的数量较多且分布比较均匀.通过离子束溅射机理和沉积原子之间的扩散运动,对这些现象进行了较为合理的解释.     

轰击能量对离子束增强沉积Cr-N薄膜微观结构和硬度的影响

采用离子束增强沉积（IBED）技术，在不同能量氮离子的辅助轰击下制备了Cr－N薄膜；通过SEM观察、XRD分析和显微硬度测定，发现离子轰击能量对Cr－N薄膜的表面形貌、相组成和硬度有显著的影响：随着能量的升高，膜表面形貌由岛形颗粒状转变成蜂窝状；一定能量轰击下获得的Cr2N和CrN混相结构有最高的薄膜硬度；高达16keV的氮离子轰击可诱发非晶化的出现，并对膜有一定的强化作用。在此基础上探讨了离子轰击能量对合成Cr－N薄膜结构与性能的影响效应。     

轰击能量对离子束增强沉积Cr—N薄膜微观结构和硬度的影响

采用离子束增强沉积（ＩＢＥＤ）技术，在不同能量氮离子的轴助轰击下制备了Ｃｒ－Ｎ薄膜，通过ＳＥＭ观察、ＸＲＤ分析和显微硬度测定，发现离子轰击能量对Ｃｒ－Ｎ薄膜的表面形貌、相组成和硬度有显著的影响；随着能量的升高，膜表明形貌由岛形颗粒状转变成蜂窝状；一定能量轰击下获得的Ｃｒ２Ｎ和ＣｒＮ混相结合有最高的薄膜硬度；高达１６ｋｅＶ的氮离子轰击可诱发非晶化的出现，并对膜有一定的强化作用。在此基础上探讨了离子轰     

超音速微粒轰击诱导表面纳米化对TC11钛合金组织和力学性能的影响

采用超音速微粒轰击(SFPB)表面纳米化技术,在TC11钛合金表层构筑了一定层深的梯度纳米结构,研究了SFPB气体压力对TC11钛合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,在低气体压力(0.5 MPa)下,形成了25 μm厚的严重塑性变形层,表层晶粒细化至纳米量级(17.7 nm)。随着气体压力的增大,表层纳米晶尺寸降低,严重塑性变形(SPD)层增大,在高气体压力(1.5 MPa)下,表层纳米晶尺寸和严重塑性变形层深度分别为9.4 nm和51 μm。随着SFPB气体压力的增大,表层显微硬度及硬化层深度逐渐增加,屈服强度、抗拉强度显著增加,而伸长率变化不大,断口形貌从典型的韧性断裂向韧-脆性混合断裂转变。     

配位诱导组装纳米结构材料

文章主要从配位诱导组装无机纳米粒子、配位诱导组装聚合物纳米粒子和配位诱导组装金属有机凝胶三个方面阐述纳米配位聚合物在离子交换、气体吸附和传感器等方面的应用,并对配位诱导组装纳米结构材料的发展前景进行了展望。     

纳米结构及离子束改性对储氢材料性能的影响

氢能作为一种高能量密度、清洁的绿色新能源,已受到人们的极大重视.传统的储氢材料存在吸放氢动力学差和释氢温度高的缺点,不利于使用.综述了纳米结构和离子束技术对储氢合金性能的影响,指出纳米化以及离子束改性是改善储氢合金动力学特性和释氢温度的有效途径.     

衬底离子束表面氮化对ZnO薄膜性质的影响

采用射频磁控溅射法在抛光硅片上沉积了一系列ZnO薄膜样品.通过对薄膜样品X射线衍射谱的分析、原子力显微图的观察、吸收光谱和荧光光谱的研究,发现Si衬底的离子束表面氮化对ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌和光学性质有重要影响.在衬底温度为200℃、高纯氩氧比例为3:1、压强为1.5Pa的条件下,在经离子束表面氮化预处理的Si衬底上溅射沉积的ZnO薄膜,经450℃真空退火,成为高(0002)晶面取向的ZnO薄膜,并具有良好的光学性质.     

纳米粒子的表面包覆技术

介绍了近年来纳米粒子表面包覆的方法与特点，尤其对有机高分子包覆中的聚合化学反应法和自组装高分子法，以及无机物包覆中的沉降与表面化学反应法、声化学法和纳米粒子自组装法给予较为详细的介绍，同时．对生物大分于包覆方法也进行了简要的说明。     

表面自组装改性石墨烯/环氧纳米复合材料的研究进展

二维石墨烯以其优异的性能广泛应用于制备聚合物纳米复合材料,而如何增强石墨烯与基体的界面相容性则至关重要。近年来,利用自组装技术在石墨烯表面负载功能化金属或非金属纳米粒子,赋予其良好的分散性和多功能特征的研究颇受关注。主要综述了近年来有关表面自组装改性石墨烯的途径及在改善环氧纳米复合材料的阻燃抑烟、摩擦磨损特性、热性能和耐腐蚀性等方面的应用进展。     

强流脉冲离子束轰击对钛合金表面的损伤研究

为了研究强流脉冲离子束(IPIB)辐照在钛合金表面造成的损伤效应,利用IPIB在低、中、高三种能流密度下对钛合金表面进行了轰击。通过金相显微镜和扫描电子显微镜对离子束诱发的表面形貌进行了分析。结果表明,当能量密度为1.44 J/cm2时,5次脉冲轰击,靶材表面开始形成大量的熔坑。能量密度为4.5 J/cm2,10次脉冲辐照,表面出现大量较深的微裂纹,其形态分布与材料本身的缺陷密切相关。IPIB轰击能够诱发表层强烈的塑性变形;多次脉冲轰击,变形区域表面形成分布均匀,尺寸约为1μm的微孔洞形貌。微孔洞成分的线扫描结果显示,孔洞内部C,O和Si等杂质轻元素含量发生改变,β相稳定元素Mo含量基本保持不变。     

Fe／Si薄膜中硅化物的形成和氧化

用磁控溅射方法制备Fe/Si薄膜,采用卢瑟福背散射(RBS)技术研究了退火过程中的相变过程和氧化.结果表明:未退火的Fe/Si薄膜界面清晰,873K退火后,界面附近Fe、si原子开始相互扩散,973K退火后富金属相Fe1 xSi形成,而1073K退火后形成中间相FeSi,当温度增加至1273K后所有硅化物完全转变为富硅相FeSi2,即随退火温度的升高,Fe、Si原子间扩散增强,从而形成不同化学计量比的Fe-Si化合物,且薄膜中易迁移原子种类由Fe变为Si.同时,质子束RBS和XRD测量结果显示,在未退火及低温退火的样品中,薄膜有氧化现象,随退火温度增加,由于高温下金属氧化物被还原并逐渐挥发,样品中氧的含量逐渐减少最后完全消失.     

Ar~+与氟化的Si样品相互作用机制的研究:分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了Ar+与表面含有C,F反应层的Si样品的相互作用过程,以了解Ar+与氟化的Si的作用机制。为了和相对应的实验结果做比较,选择了两种样品,表面富F样品和表面富C样品。模拟结果表明,对于表面富F样品,能清楚地看到Si的刻蚀且随着入射能量的增加Si的刻蚀增加。当入射Ar+数量到达一定程度后Si的刻蚀完全停止。对于富C样品,几乎没有发生Si的刻蚀,这是由于Si-C键对Si的刻蚀起阻碍作用。     

Formation mechanism of Fe80Si8B12 metallic glass

In order to gain an understanding of the glass-forming mechanism during the rapid quenching of a metallic alloy, the nucleation and growth process of the crystalline phase which competes with the metallic glass must be investigated. The microstructures of melt-spun Fe₈₀Si₈B₁₂ alloy ribbons with different thicknesses were examined using optical and electron microscopy. The phase competing with the metallic glass is-(Fe, Si) ferrite, nucleated by the homogeneous nucleation. The growth process of-(Fe, Si) dendrites was explained well by Liptonet al.'s theory of dendritic growth in an undercooled alloy melt. It was concluded that the easy glass-forming ability during rapid quenching of the Fe₈₀Si₈B₁₂ alloy is due to (i) the slow growth rate of-(Fe, Si) dendrite, and (ii) the wide gap between the temperatures of the maximum nucleation rate and the maximum growth velocity.     

Controllable fabrication of amorphous Si layer by energetic cluster ion bombardment

We report on the fabrication of an amorphous Si (a-Si) thin layer by means of bombardment of a Si(100) surface using monoenergetic C₆₀ cluster ions with energies from 50 keV to 400 keV. The C₆₀ cluster implantation produces nanogranules on the surface of a-Si layer detected by atomic force microscopy. The structural disorder and thickness of the modified layer were identified using Raman spectrometry, ion channelling, spectroscopic ellipsometry (SE) and transmission electron microscopy (TEM). According to SE and TEM data the thickness of a-Si layer gradually increases with cluster ion energy reaching to about 30 nm in the 200 keV C₆₀-bombarded Si sample. There is also thin layer of nanocrystalline Si found between the a-Si layer and pristine Si crystal. The obtained results represent an attractive method for creation of the a-Si layer as a functional material for opto- and nano-electronics. The study describes nanostructure created by cluster ion implantation as well as demonstrates the structural consequences of fast cluster energy dissipation in solids such as local heating and shock waves.