薄膜硅材料的重离子辐照改性研究

选择具有重要应用价值的纳米晶硅及非晶硅薄膜材料，对比研究了快重离子辐照薄膜Si材料所引起的辐照效应，主要有如下工作： 1) 用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)以及常压化学气相沉积法(APCVD)在玻璃衬底上制备纳米晶硅薄膜(nc-Si)与非晶硅(a-Si)薄膜。制备的nc-Si和a-Si薄膜的厚度分别为∼200 nm和∼400 nm。 2) 室温下，用94 MeV的Xe离子辐照nc-Si和a-Si薄膜以及单晶硅(c-Si，晶向(100)，电阻率0.001 Ω·cm，作为对比样品)，辐照量分别为1.0×1011、1.0×1012 和1.0×1013 ions/cm2。所有样品均在室温下用UV/VIS/NIR光谱仪、Raman谱仪进行检测分析，对比研究纳米晶、非晶、单晶硅样品的光学性能及结构的变化。 3) 通过UV/VIS/NIR谱，我们得到了不同结构硅材料的光学带隙值及折射率随辐照量的变化规律。通过分析硅材料辐照前后Raman谱的变化，讨论了不同晶体结构的影响。 4) 结合UV/VIS/NIR与Raman结果初步讨论了硅材料结构影响辐照效应的机理。对于a-Si薄膜样品，辐照可能引起了样品局域的再结晶。对于nc-Si薄膜样品，Xe离子辐照先引起nc-Si晶粒的破碎，使样品出现非晶化过程，然后再遵从a-Si薄膜样品中离子辐照效应变化规律

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

单粒子效应地面模拟实验装置和IDT71256的单粒子效应研究

作为空间环境效应之一的单粒子效应对航天器在轨道中的安全运行有着严重的威胁。为了清楚地认识这一效应的机制、机理，可以采用重离子加速器地面模拟的方法来研究这一效应。为此建立和完善了国内第一套基于重离子加速器的单粒子效应地面模拟实验装置，并在此装置上进行了Xe离子辐照IDT71256的单粒了效应实验。建立的基于兰州重离子加速器的单粒子效应地面模拟实验装置包括真空靶室系统和束流监测系统。实验用兰州重离子加速器提供的~(40)Ar完成了对整个装置的性能测试。结果表明：该装置能很好的满足单粒子效应研究的需求，真空靶室系统允许在不破坏真空的条件下更换器件，改变倾角，改变离子入射能量等。注量探测器实现了对弱束流非拦截式测量；能量探测器对Ar离子测量的偏差小于2%；束流均匀度探测器的位置分辨好于0.34mm。在这一实验装置上，用兰州重离子加速器提供的~(136)Xe对两片IDT71256的单粒子效应情况进行了模拟研究。结果发现：在两片器件中均观察到单粒子翻转和单粒子闭锁，而且两片器件均表现出明显的翻转不对称性，其中1→0的翻转约占总翻转数的90%。探讨了离子入射角、有效LET、和离子射程对翻转和闭锁截面的影响，发现除离子的有效LET以外，离子在器件中的射程也将在很大程度上影响器件的翻转和闭锁截面。

快重离子在高分子材料中的强电子激发效应研究

本文简要介绍了快重离子在固体材料，特别是在高分子材料和团簇材料中引起强电子激发效应研究的发展历史、研究现状和基本理论。重点描述了在兰州重离子加速器（HIRFL）上完成的2.1 GeV Kr离子辐照聚碳酸酷CPC）膜的实验和辐照样品的傅立叶变换红外光谱（FTIR )和紫外／可见光谱(UVIVIS )分析。FTIR分析结果表明，高能Kr离子在PC膜中引起的辐照效应主要是键的断裂和材料的降解。随着电子能损和辐照剂量的增大，材料逐渐碳化，同时有炔基生成。在UVNIS中，380, 450, 500nm波长处的吸光度之差（A－A_0）与剂量近似成线性关系，与电子能损呈确定的指数关系（指数分别为1.69,1.86和2.02）；与电子能量沉积密度也近似成指数关系。描述了在HIRFL上完成的2.0GeV Xe离子辐照C_(60)薄膜的实验和辐照样品的FTIR谱、拉曼谱(Raman)和X射线衍射谱（XRD）分析。分析结果表明：2.0 GeV Xe离子辐照C60薄膜引起的损伤过程主要取决于强电子激发，在特定电子能损处，损伤的部分恢复是由于强电子激发的退火效应引起的。快重离子辐照产生的物理化学改性不仅与离子的电子能损有关，还与离子的速度有关。在同样的电子能损下，速度越小，产生的效应就越明显。

利用HIRFL评估半导体器件单粒子效应敏感度的研究

用55MeV/u的~(40)Ar，离子对国内第一台专用的单粒子效应加速器模拟实验装置的注时探测器、能量探测器以及均匀度探测器进行了刻度。利用高能~(136)Xe离子获得了静态存储器IDT71256的单粒子翻转饱和截面和单粒子闭锁截面，在国内首次得到了该器件完整的G一LET曲线。并用改进的FONT方法预示了该器件以及其它常用宇航器件的在轨翻转率；用FOM公式、Barak经验公式和Lar叮模型推算这些器件的质子饱爪佩截而，少一仁对二种方法推算的结果进行了比较；探讨了利用HIRFL提供的高能~(12)C离子来模拟质子引起的单粒子效应的可能性；利用翻转截面与离子入射角度的关系估算了IDT71256敏感区的厚度以及聚酞亚胺膜的厚度，获得了截面与离子沉积能量的关系，临界沉积能量与临界LET值吻合，聚酞亚胺膜的厚度与对同类器件测量的结果一致；研究了离子入射角度对多位翻转的影响，在高LET值轰击下以及高能离子掠射的情况下，IDT71256多位翻转的比例可以高达70％，对于MBU敏感区中沉积的总能量及其分布范围是两个重要的参数；IDT71256单粒子翻转截面的角度效应主要是多位翻转的贡献；对实验中各种误差来源进行了分析。部分研究结果己经应用于星载七卜算机系统的抗辐射加固设计，建立的实验方法和理论模型为利用HIRFL开展宇航器件单粒子效应敏感度的评估奠定了坚实的基础。

低能高电荷态离子与氦原子碰撞中的双电子过程研究

本工作采用散射离子位置灵敏探测和反冲离子飞摘．时问符合技术，在小于一300keV的能量范围内，研究了高电荷态Xe离子（q=15，17，19，21，23）与He原子碰撞中双电子转移截面与单电子转移截而比与入射离子电荷态的关系；研究了入射离子电荷态q＝4，5，6，7的等电荷态序列Cq＋、Nq＋、Oq＋、Neq＋与He原子碰撞中，电子转移截面比与入射离子原子序数的关系。对Xeq＋＋ He碰撞体系，主要研究了靶原子完全转移两个电子（σ2）与完全转移一个电子（σl）的截面比σ2／σl与入射离子电荷态的依赖关系。对靶原子双电子过程提出一步过程假定，修正了ECB模型。通过与已有绝对截面的比较，得到了很好的符合结果。使用修正模型计算的截面比解释了本实验的截面比测量结果。对等电荷态序列Cq＋、Nq＋、Oq＋、Neq＋与He原子的碰撞，主要研究了转移电离与单俘获截面比与入射离子原子序数的依赖关系。在统计模型的理论框架下，引入势能参数。Ω研究发现，等电荷序列的转移电离与单俘获截面比与碰撞系统的。有很强的依赖关系，说明单电子俘获形成的能量沉积是引起转移电离的主要因素。本工作还研究了势能参数几对碰撞系统的转移电离与双俘获之间的相互关系的影响。结果表明，。对转移电离和双俘获在靶原子双电子过程中的比率权重起着决定性作用。

GAPRICE引出系统的改进

CAPRICE 10GH_z是一个小型的有两个ECR级的电子回旋共振多电荷重离子源，它将作为注入器1.7M SFC的外注入源，而传统的PIG源将不再被使用。本文首先叙述了ECR源的历史、发展和原理。然后，对从等离子体源中离子的引出进行了比较详细的讨论，并且对于CAPRICE源提出了改进意见和设计方案，改进后的引出系统由一个加减速电极结构组成，等离子体电极和加速电极的半径分别是3mm和8mm。一个特殊的磁驱动轴被用来远距离控制等离子体电极和加速电极之间的距离，这个距离从30mm到51mm变化。这套系统已经被安装在CAPRICE实验工作台上，并且进行了调试。本文还介绍了CAPRICE实验工作台上的90°双聚焦分析磁铁的物理设计和它的主要特点。最后，给出了在我们实验室中CAPRICE对于N、O、Ne、Ar、Xe的一些有益的实验结果

中能重炮弹耗散碎裂反应及用于产生奇异核束流的前景

近年来，在重离子物理研究中，一个重要的方向就是利用奇异核次级束流进行核反应机制、原子核特性、新核素的合成及其衰变模式的研究。人们用这一技术得到了许多新的同位素，并发现了β延迟多中子、多质子发射等奇异的衰变方式和原子核相互作用半径参数r_0随中子过剩自由度（N－Z）的增加而增加等新的物理现象，促使人们进一步研究把适用于β稳定线区域的理论外推到远离β稳定线的核是否正确，及在多大程度上正确。同时，也促使理论工作者对远离β稳定线核的性质进行新的估计，尤其是得到由重的核组成的奇异核次级束流是人们近年来努力的方向。在中能情形下，奇异核束流产生的基础是一种类似于高能碎裂过程的反应机制。理论上存在着不同的模型，许多概念和公式都是从低能、高能两端时的情形向中间延伸而得到的。基于火球模型而得到的Guerreau的计算能较好地拟合中能~(40)Ar炮弹以下的核引起反应的实验结果，并被用于轻弹核产生奇异核次级束流截面大小的实验预言中。但是对于较重入射弹核(如~(86)Kr)引起的反应，用上述一套计算理论得到的结果和实验测得的同位素分布的峰位及分布宽度都差别较大，而且约化半径参数r_0取值1.4fm，这又比高能时r_0 = 1.2fm大。目前，这一问题还未得到较好解决。为了进一步研究中能重弹核引起的周边反应机制及在法国SPEG磁谱仪上发展重的奇异核束流的前景，我们和法国GANIL合作进行了44MeV/u的Xe核轰击Zr耙、测量中重核同位数分布、研究核反应机制的实验。实验得到了较好的核电荷数Z谱、质量数A谱、电荷态Q谱，每个元素的能谱、角分布及同位素分布。实验结果表明：在较重的炮弹引起的核反应中，反应过程会有较大的能量交换，反应产物会有较大的激发能，反应过程不再是“纯碎裂“过程，而是他含碎裂、核子转移及耗散的过程。并对中能重入射弹核产生奇异核次级束流的前景进行了讨论。同时，在Guerreau的计算方法基础上，考虑中子皮对耗散对中能重离子周边反应的影响，发展了一个计算中能重离子周边反应产物同位素分布的唯象模型。该模型能同时较好地拟合中能~(40)Ar、~(86)Kr、~(129)Xe炮弹引起的产物同位素分布。我们还从反应总截面的计算入手，在Kox计算的基础上，发展了一个计算低能、中能及高能反应总截面的参数化计算公式。它能较好地拟合较广能区的实验数据，并可探讨核反应由低能向中能、高能过渡时，原子核相互作用的变化趋势。用我们发展的核反应总截面参数化计算提取相互作用半径参数r_0，用小液滴模型理论对Karol的微观模型进行修正，并考虑中子皮及中子分布弥散度随（N－Z）的增加而增加的影响，则能较好地解释原子核相互作用半径参数随中子过剩自由度的增加而增加这一实验结果。在重离子相互作用势的计算中，如果引入中子皮及中子分布弥散度并选用小液滴模型给出的双参数费米分布，则可以考查中子皮及中子分布弥散度对相互作用势的影响并改进熔合位垒与实验结果的拟合值和改善亲近势标度。在此基础上，我们用国际上通用的TRANSPORT程序对兰州HIRFL后输运线发展次级束流进行了较为完整的一级束流光学计算，讨论了HIRFL上建造次级束流线的可能性

多普勒能移反冲距离法测核能级寿命

本文主要致力于建立一个用多谱勒能移反冲距离法测寿命的主要方法。对所设计加工的多谱勒能移反冲距离法测寿命的实验装置--PLUNGER的结构特点作了详细的说明，描述了用电容法测量和监视PLUNGER的靶与阻止膜间微小距离及其变化的实验，并从中得出零点距即靶与阻止膜间所能达到的最小距离为6-9#mu#m。用激光反射法测定了PLUNGER在运动中靶与阻止膜间的平行度的改变。还叙述了该PLUNGER装置用于~(13)P束轰击~(93)Nb靶的在束实验详细过程及数据处理，给出了~(120)Xe的基带各能级寿命及~(121)Cs、~(117)I的部分能级寿命。最后讨论了探测器的立体角效应、束流照射的热效应等对寿命测量的影响

Structure and acidity of Mo/H-MCM-22 catalysts studied by NMR spectroscopy

A comprehensive study on physical and chemical properties of Mo/MCM-22 bifunctional catalysts has been made by using combined analytic and spectroscopic techniques, such as adsorption, elemental analysis, and Xe-129 and P-31 NMR of adsorbed trialkylphosphine oxide probe molecules. Samples prepared by the impregnation method with Mo loadings ranging from 2-10 wt.% have been examined and the results are compared with that obtained from samples prepared by mechanical mixing using MoO3 or Mo2C as agents. Sample calcination treatment is essential in achieving a well-dispersed metal species in Mo/MCM-22. It was found that, upon initial incorporation, the Mo species tend to inactivate both Bronsted and Lewis sites locate predominantly in the supercages rather than the 10-membered ring channels of MCM-22. However, as the Mo loading exceeds 6 wt.%, the excessive Mo species tend to migrate toward extracrystalline surfaces of the catalyst. A consistent decrease in concentrations of acid sites with increasing Mo loading < 6 wt.% was found, especially for those with higher acid strengths. Upon loading of Mo > 6 wt.%, further decreases in both Bronsted and Lewis acidities were observed. These results provide crucial supports for interpreting the peculiar behaviors previously observed during the conversion of methane to benzene over Mo/MCM-22 catalyst under non-oxidative conditions, in which an optimal performance was achieved with a Mo loading of 6 wt.%. The effects of Mo incorporation on porosity and acidity features of the catalyst are discussed. (C) 2004 Published by Elsevier B.V.

A facile synthetic method for biphenyltetracarhoxylic dianhydrides

We report a facile and high-yielding procedure for preparing biphenyltetracarboxylic dianhydrides (BPDAs). This method relies on a nickel-catalyzed electroreductive coupling reaction of dimethyl 3-chorophthalate (3-DMCP) and/or dimethyl 4-chorophthalate (4-DMCP) with subsequent hydrolysis of tetra-ester and dehydration of tetra-acid.

Preparation and characterization of luminescent cubic MCM-48 impregnated with an Eu3+ beta-diketonate complex

We report on the preparation of luminescent silica mesoporous molecular sieves (MCM-48) activated by the europium complex Eu(DBM)(3) . 2H(2)O (where DBM = dibenzoylmethane), using a simple wet impregnation method. Different concentrations of Eu(DBM)(3) . 2H(2)O were introduced into the MCM-48 cubic structure, and the resulting samples were washed with ethanol for different times. UV-Vis absorption measurements and thermogravimetric analysis were used to estimate the amount of Eu complex that has been incorporated within the pores of the MCM-48 host. The various samples were characterized by X-ray powder diffraction (XRD), infrared spectroscopy, diffuse reflectance (DR) and fluorescence measurements. The results reveal that Eu complexes have been successfully introduced into the pores of MCM-48 without disrupting the structure. All the impregnated MCM-48 materials show the typical red luminescence of Eu3+ when excited with a UV lamp. Shifts of the absorption maxima were observed in the DR and fluorescence excitation spectra and will be discussed in relation with guest-host interactions between the organic complex and the silica matrix. The decay profiles of the europium luminescence in the different samples were also measured and discussed.

Preparation and characterization of a layered transparent luminescent thin film of silica-CTAB-Tb(acac)(3) composite with mesostructure

A layered luminescent mesostructured thin film of silica-CTAB-Tb(acac)(3) composite has been synthesized by a dip-coating process through an in situ sol-gel method. The terbium (Tb3+) ion and beta-diketone organic ligand acetylacetone (acac) were introduced into the precursor solution, respectively. The as-synthesized composite film was transparent, colorless and possessed a layered structure. After the composite film was dried at 50 degreesC for a few minutes Tb(acac)(3) complex was synthesized in the mesostructured thin film, which can be indicated by the luminescence of the composite film under the UV lamp. The properties of the samples were characterized by XRD, absorption, Fourier transform infrared spectroscopy, and luminescent spectra.

Multi-color long-lasting phosphorescence in Mn2+-doped ZnO-B2O3-SiO2 glass-ceramics

Multi-color LLP phenomenon was observed in Mn2+-doped ZnO-B2O3-SiO2 glassceramics after the irradiation of a UV lamp at room temperature. Transparent ZnO-B2O3-SiO2 glass emitted reddish LLP while opaque glass-ceramics prepared by the glass sample after heat treatment emitted yellowish or greenish LLP. The change of the phosphorescence is due to the alteration of co-ordination state of Mn2+. The phosphorescence of the samples was seen in the dark with naked eyes even 12 h after the irradiation with a UV lamp (lambda(max) = 254 nm) for 30 min. Based on the approximative t(-1) decay law of the phosphorescence, we suggest that the LLP is attributed to the thermally assisted electron-hole recombination.

Long lasting phosphorescence, thermoluminescence and electron spin resonance property of Mn2+ activated ZnO-Al2O3SiO2 ceramic

The long lasting phosphorescence (LLP) phenomenon in Mn2+-doped ceramic based on ZnO-Al2O3-SiO2 (ZASM) is observed. After irradiation by a UVP standard mercury lamp peaking at 254 nm with a power of 0.6 mW/cm(2) for 15 min, the ceramic sample emits a bright green light peaking at 519 nm, which can be seen in the dark even 15 h after the removal of UVP standard mercury lamp by the naked eyes whose limit of light perception is 0.32 mcd/m(2). The initial afterglow intensity reaches about 1900 mcd/m(2), and the color coordinate (X, Y) is (0.2280, 0.5767) at about 10 s after stopping irradiation. The thermoluminescence (TL) spectra show that there are at least three kinds of trap centers with different trap levels while electron spin resonance (ESR) spectra indicate that there are electron- and hole-trapping centers induced after irradiation by a UVP standard mercury lamp. Based on these measurements, the LLP is considered to be due to the recombination of electrons and holes at trapping centers with different levels, which are firstly thermally released back to Mn2+ and then give rise to the bright green LLP at room temperature.