重离子在C60薄膜中引起的辐照效应研究

本项工作选择了不同种类、不同电荷态的从低能到高能的多种荷能重离子，对C60薄膜进行了辐照。并且通过多种分析测试手段（Raman、FTIR、XPS、AFM）分析了荷能重离子在C60薄膜中的辐照效应，并对机理进行了研究。同时也研究了低能B离子在碳的三种同素异构体：石墨、金刚石和C60中引起效应的差异。对于以弹性碰撞为主导的低能区，用170keV B离子辐照了碳的三种同素异构体，并从这些辐照样品的Raman谱数据演绎出了C60、金刚石和石墨的损伤截面σ。首次在完全相同的辐照条件下，研究了碳的三种同素异构体对辐照的敏感性和结构稳定性的差异，研究结果表明：C60对B离子辐照的敏感性最强，金刚石次之，相比之下石墨在B离子辐照下结构最为稳定，而且在辐照过程中，随辐照量的增加三种靶材料遭破坏的程度截然不同，表明它们的辐照敏感性差异随辐照量而变化。由XPS谱得知，在最高辐照量下石墨的sp2 C转变不多；而金刚石的sp3 C基本转变成了sp2 C。再次证明在B离子辐照下石墨的结构最为稳定。随着170keV B离子辐照量的增加，C60薄膜的FTIR和Raman谱中各激活模的强度都有不同程度的衰减，最终消失，即C60分子完全被破坏。在B离子的辐照下，C60分子的不同红外激活模和Raman激活模的辐照敏感性和结构稳定性也有差异：在C60分子的4个红外激活模中，T1u(4)对辐照最为敏感，而T1u(2)最为稳定。并率先确定了明显可见的5个Raman激活模对辐照的敏感性和结构稳定性的差异，其中Hg(4)对辐照最敏感，而Hg(3)最稳定。在以非弹性碰撞为主导的高能区，用2.15GeV的Kr离子辐照了多层堆叠的C60样品，辐照样品的分析结果表明：在相同能量或相同电子能损下，C60分子的辐照损伤随辐照量的增加趋于严重；而在相同辐照量下，C60的损伤程度随电子能损的增加而增强；但C60分子的损伤在某居中的电子能损值和辐照量下有一定的恢复。在电子能损相同或相近时，速度较低的Kr离子对C60分子的损伤更为严重，揭示了团簇材料的快重离子损伤建立过程中的离子速度效应。为了研究低速高电荷态离子在C60薄膜中引起的辐照效应，用不同电荷态的Xe离子辐照了C60薄膜。由AFM形貌图可知，不同电荷态Xe离子辐照C60薄膜，使其表面形貌发生了不同程度的改变。其粗糙度随着辐照Xe离子电荷态的不断增加而不断减小