注碳二氧化硅中高能重离子辐照效应研究

本论文工作采用“低能离子注入+高能重离子辐照”实验方法，通过建立注 碳二氧化硅（SiO2）中结构变化和新结构形成与高能重离子辐照参数的关系，比 较系统地研究了注碳SiO2中高能重离子辐照效应， 并对辐照效应产生机理进行了 初步探讨。 实验中，先将120keV的C离子注入SiO2样品，再用Xe、Pb、U等多种高能 重离子辐照，然后用FTIR、Raman谱和TEM等分析技术对样品进行表征。 实验结果表明， 高能离子辐照注碳非晶SiO2在注碳区形成管状径迹， 在高能 离子引起的离子径迹及其附近区域形成了SiC、 碳团簇、 SiOC结构和CO/CO2分子 并观察到了局域纳米晶化现象，形成的 SiOC 和 SiC 具有链式和笼式结构。新结 构的形成与碳离子注入剂量、高能离子辐照剂量、电子能损以及总沉积能量密度 有关，并存在相应的阈值。根据实验结果并结合热峰模型，我们认为高能重离子 辐照可能在注碳SiO2中引起了一系列化学反应， 其驱动力来自于强电子激发引起 的热峰过程。研究结果还表明，“低能离子注入+高能重离子辐照”是合成具有 特殊功能材料的一种有效手段，通过选择合适的高能重离子辐照，实现有选择结 构相变，可以合成新型功能材料。