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氙离子轰击与强磁场处理作用下的材料表面行为

胡殷  
【摘要】:辐照损伤与强磁场影响,既是磁约束聚变反应堆内的基本环境,也广泛存在于其他的科研和工程实践中。研究材料在这两种影响因素作用下的行为,具有重要的科学意义和应用价值。本论文使用了多种研究手段和分析方法,尝试分析这两种因素对几类典型材料的表面作用过程。主要的研究内容和成果如下: 首先,考察了单晶Si块体材料表面的辐照损伤过程。发现受辐照区域的损伤效果受到轰击参数条件的控制:高能量高剂量的Xe~+会使辐照区域发生纳米级的肿胀效果,而低能量的Xe~+会导致凹陷效果。进一步的实验和数据模拟证明,这两种不同的损伤效果是由辐照作用中的表面溅射和内部损伤两种因素叠加的结果。 其次,使用Xe~+轰击,研究了Mo-Re合金多晶薄膜的表面辐照损伤行为。通过观察不同合金含量(Re原子含量:0 % ~ 8.4 %)的Mo-Re合金薄膜的表面辐照损伤现象,发现Re的存在显著影响了合金薄膜的抗辐照损伤性能,并获得了抗辐照性能最佳的的合金配比(Re原子含量:5.2 %)。当Re的含量增加到8.4 %时,薄膜在离子辐照后出现了局域非晶化等内部变化,证明Re的成分过多会降低薄膜的耐辐照稳定性。 再次,研究了静态强磁场对顺磁半导体材料V_2O_5氧化结晶过程的影响。V2O3薄膜经过530°C下的空气退火,可以氧化结晶得到V_2O_5纳米棒。把静态强磁场施加于上述的氧化结晶过程,当磁场方向与样品表面法线方向平行时,随着磁场强度增大,氧化结晶获得的V_2O_5晶体棒尺度增大并且缺陷浓度下降。静磁场的洛仑兹力效应对熔体对流的阻碍作用可能是导致上述现象的原因。 最后,尝试使用强磁场调控Fe纳米结构的取向性质。采用倾斜生长法(GLAD)制备得到了具有磁各向异性的Fe纳米棒阵列,预先在Fe薄膜与单晶Si基片之间沉积Au缓冲层,以改善纳米棒与基片的连接状况。在高真空退火过程中施加静态强磁场作用,对Fe纳米棒阵列的排布取向实现了磁致偏转,也改变了薄膜整体的易磁化方向。强磁场对磁各向异性纳米颗粒的磁力矩作用是上述偏转现象的驱动力。


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