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94 MeV Xe离子辐照引起的薄膜硅光学带隙变化研究

杨成绍 , 王志光 , 孙建荣 , 姚存峰 , 臧航 , 魏孔芳 , 缑洁 , 马艺准 , 申铁龙 , 盛彦斌 , 朱亚斌 , 庞立龙 , 李炳生 , 张洪华 , 付云翀

原子核物理评论

室温下,用94 MeV的Xe离子辐照纳米晶和非晶硅薄膜以及单晶硅样品,辐照量分别为1.0×10~(11),1.0×10~(12)和1.0×10~(13) ions/cm~2.所有样品均在室温下用UV/VIS/NIR光谱仪进行检测分析.通过对比研究了纳米晶、非晶、单晶硅样品的光学带隙随Xe离子辐照量的变化.结果表明,不同结构的硅材料中Xe离子辐照引起的光学带隙变化规律差异显著:随着Xe离子辐照量的增加,单晶硅的光学带隙基本不变,非晶硅薄膜的光学带隙由初始的约1.78 eV逐渐减小到约1.54eV,而纳米晶硅薄膜的光学带隙则由初始的约1.50 eV快速增大至约1.81 eV,然后再减小至约1.67 eV.对硅材料结构影响辐照效应的机理进行了初步探讨.

关键词: , 薄膜 , 重离子辐照 , 光学带隙

电子辐照改性PAN/PEO基体凝胶电解质对染料敏化太阳电池性能的提高

马艺准 , 朱亚滨 , 王志光 , 申铁龙 , 庞立龙 , 宋银 , 孙建荣 , 姚存峰 , 魏孔芳 , 周明 , 李远飞 , 缑洁 , 盛彦斌

原子核物理评论

采用电子束(EB)对聚丙烯腈/聚氧化乙烯(PAN/PEO)凝胶电解质进行了剂量为13~260kGy的辐照,并对辐照改性的电解质组装的染料敏化太阳电池(DSSC)进行了性能测量。结果表明,改性后的DSSC的光电转化效率比改性前的高;并且随EB辐照剂量的增加,DSSC效率先迅速增加(0~65kGy),然后缓慢减小(65~130kGy)直至趋于一个平衡值(130~260kGy)。提升DSSC效率的最佳辐照剂量为65kGy,此时效率提高了约36%。对比DSSC短路电流、开路电压和填充因子随辐照剂量的变化,发现DSSC效率的提高主要是由短路电流的提高引起的。测量表明,辐照改性后的DSSC时间稳定性得到了改善,并且辐照剂量越高,稳定性的改善越明显。

关键词: 聚丙烯腈 , 聚氧化乙烯 , 电子束辐照 , 染料敏化太阳电池

快重离子辐照引起Ni/SiO_2界面原子混合及相变研究

刘纯宝 , 王志光 , 魏孔芳 , 臧航 , 姚存峰 , 马艺准 , 盛彦斌 , 缑洁 , 金运范 , A.Benyagoub , M.Toulemonde

原子核物理评论

在室温下用308 MeV的Xe离子和853 MeV的Pb离子辐照Ni/SiO_2样品,用卢瑟福背散射和X射线衍射技术对样品进行了分析.通过分析Ni/SiO_2样品中元素成分分布和结构随离子辐照剂量和电子能损的变化,探索了离子辐照在Ni/SiO_2样品中引起的界面原子混合与结构相变现象.实验结果显示,Xe和Pb离子辐照均能引起明显的Ni原子向SiO_2基体的扩散并导致界面附近Ni,Si和O原子的混合.实验观测到低剂量Xe离子辐照可产生NiSi_2相,而高剂量Xe离子辐照则导致了Ni_3Si和NiO相的形成.根据热峰模型,Ni原子的扩散和新相的形成可能由沿离子入射路径强电子激发引起的瞬间热峰过程驱动.

关键词: 快重离子辐照 , 界面原子混合与结构相变 , 卢瑟福背散射 , X射线衍射

Fe/Nb多层膜中离子辐照效应研究

魏孔芳 , 王志光 , 孙建荣 , 臧航 , 姚存峰 , 盛彦斌 , 马艺准 , 缑洁 , 卢子伟 , 申铁龙 , 杨成绍

原子核物理评论

采用磁控溅射技术在Si衬底上沉积Si/[Fe(10 nm)/Nb(4 nm)/Fe(4 nm)/Nb(4 nm)]_2/[Fe(4nm)/Nb(4 nm)]_4多层膜.用2 MeV的Xe离子在室温下辐照多层膜.采用俄歇深度剖析、X射线衍射和振动样品磁强计分析辐照引起的多层膜元素分布、结构及磁性变化.AES深度剖析谱显示当辐照注量达到1.0×10~(14) ions/cm~2时,多层膜界面两侧元素开始混合;当辐照注量达到2.0×10~(16) ions/cm~2时,多层膜层状结构消失,Fe层与Nb层几乎完全混合.XRD谱显示,当辐照注量达到1.0×10~(14) ions/cm~2时,Nb的衍射峰和Fe的各衍射峰的峰位相对于标准卡片向小角方向偏移,这说明辐照引起Nb基和Fe基FeNb固溶体相的形成;当辐照注量大于1.0×10~(15) ions/cm~2时,辐照引起非晶相的出现.VSM测试显示,多层膜的磁性随着结构的变化而变化.在此实验基础上,对离子辐照引起界面混合现象的机理进行了探讨.

关键词: 离子辐照 , Fe/Nb多层膜 , AES深度剖面分析 , XRD , VSM

电子束辐照剂量对PAN/PEO交联度的影响

马艺准 , 张崇宏 , 张子民 , 肖荣庆 , 宋银 , 杨义涛 , 张丽卿 , 孟彦成 , 张恒庆 , 缑洁

原子核物理评论 doi:10.11804/NuclPhysRev.31.01.086

对PAN/PEO凝胶(5% PAN,5% PEO)在1.0 MeV电子束下进行了不同剂量的辐照。红外光谱测量表明,PAN/PEO凝胶辐照后发生了化学交联。分析结果指出,PAN/PEO的凝胶分数随着辐照剂量的增加而不断增加;其凝胶分数增长率的变化可以分为3个阶段,即快速增加阶段(0~39 kGy)、下降阶段(39~130 kGy)和稳定阶段(>130 kGy)。拟合发现,引入材料刚性参数β的半经验修正方程与未考虑材料刚性的Charlesby-Pinner方程相比,更符合实际测量值(对于该配比PAN/PEO,β为0.166)。交联度-辐照剂量曲线显示,交联度随辐照剂量的增加而增加,为设计新型能功能材料中所需的固定交联度的PAN/PEO凝胶提供了辐照剂量参考值。

关键词: 聚丙烯腈 , 聚氧化乙烯 , 电子束辐照 , 交联度

高能重离子辐照的ODS铁素体钢脆化效应研究

刘娟 , 张崇宏 , 杨义涛 , 宋银 , 张丽卿 , 缑洁 , 咸永强 , 陈家超 , Jinsung Jang

原子核物理评论 doi:10.11804/NuclPhysRev.32.03.347

与传统的铁素体钢相比,氧化物弥散强化(ODS)的铁素体钢具有更优的耐高温和抗辐照性能,近年来成为先进核能装置重要的候选结构材料.在HIRFL的扇聚焦型回旋加速器(SFC)材料辐照终端,对一种氧化物弥散强化(ODS)铁素体钢MA956进行了高能Ne离子辐照实验,旨在研究级联碰撞损伤和惰性气体原子注入条件下该材料力学性能的变化.利用辐照终端的能量衰减装置将SFC出口123.4 MeV的离子能量分解为介于38.5~121.0 MeV之间的30个入射能量值,并通过双面辐照在厚度60 μm的样品中均匀产生了损伤.辐照剂量为9×1016 ions/cm2,在样品中的平均位移损伤为0.7 dpa,注入的Ne原子浓度为350 appm.辐照期间样品温度保持在440℃附近.对辐照前后的样品分别在室温和500℃下进行了小冲杆试验(Small-punchTest),获得了辐照前后样品的加载位移曲线,由此得到该辐照条件下样品的延性损失为18%~26%.通过扫描电子显微镜观察了断口形貌和厚度变化,估算了样品的等效断裂应变和断裂韧性.结果表明,MA956钢经过高能Ne离子辐照后等延伸率减小,断裂韧性降低,样品发生了一定的脆化.透射电镜结果说明氧化物弥散相界面处微空洞的形成可能是导致脆化的原因.

关键词: ODS铁素体钢 , 高能重离子 , 辐照损伤 , 延伸率 , 断裂韧性

分子模板法制备纳米多孔SiO2薄膜

何志巍 , 甄聪棉 , 缑洁 , 兰伟 , 郭得峰 , 王印月

稀有金属 doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2004.03.003

报道了用分子模板法制备纳米有序多孔SiO2薄膜.用扫描电子显微镜(SEM)观察改性前后薄膜的表面形貌,发现改性后薄膜孔洞大小均匀,排列有序,孔径在200 nm左右.付立叶红外变换光谱(FTIR)研究表明,改性后薄膜内存在大量的-CH3键,增强了薄膜的憎水性,可以有效抑制孔洞塌缩.用椭圆偏振光测试仪测量并计算了薄膜的介电常数和膜厚,并且研究了热处理温度对二者的影响,发现当热处理温度为350 ℃时薄膜厚度约为400 nm,此时介电常数有最低值1.66.

关键词: SiO2 , 低介电常数 , 分子模板

高能238U离子辐照AlN晶体薄膜的光学特性研究

宋银 , 张崇宏 , 杨义涛 , 孟彦成 , 缑洁 , 张丽卿

原子核物理评论 doi:10.11804/NuclPhysRev.30.04.460

通过傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱和光致发光谱测试手段分析了由HIRFL提供的高能238U离子辐照AlN晶体薄膜的光学特性变化。辐照后出现了A1(To),A1(Lo),E1(To)和E2等声子振动吸收模式,并且辐照使其在样品近表面Al-N等振动模式遭到破坏后悬空的Al-键很快与空气中的O离子发生结合,形成了Al-O键。综合分析得出了蓝光发射带是与O离子相关的VAl-ON-3N和VAl-2ON-2N两种类型缺陷以及F-型缺陷聚合所致;绿光发射带是由基底中Al原子产生的价带之间的跃迁所致。

关键词: 重离子辐照 , AlN , 拉曼光谱 , 傅里叶变换红外光谱

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