Xe^+离子注入对单晶YSZ光学性能影响的研究

单晶YSZ(ytttia stabilizedcubiczirconia)在注入能量为200keV的Xe+离子后由无色透明变成紫色透明,吸收光谱测试表明,当注量达到1×1016cm-2时,开始出现吸收峰,并且吸收强度随注量增加而增大。对注量为1×1016cm-2和1×1017cm-2的样品,吸收带峰值分别位于522nm和497nm。吸收带可能与氧空位捕获电子形成的F型色心和氧离子捕获空位形成的V型色心有关。注入注量为1×1016cm-2样品的荧光测试表明,荧光光谱均为400～600nm范围内的宽发射带。注入注量为1×1017cm-2的样品没有荧光现象产生,可能是由于辐照损伤严重,缺陷浓度增大所致。

2MeV质子辐照对Zr-4合金显微组织的影响

通过密西根大学离子束表面改性和分析实验室的大束流加速器研究了Zr-4合金的质子辐照效应。结果表明:当原子离位损伤率约1×10-5 dpa/s,在350癈 质子辐照损伤分别达到2dpa、5dpa和7dpa时,辐照后位错环的密度分别为7×1021/m3、8×1021/m3、15×1021/m3,尺寸分别为7nm、11nm和11nm,表明位错环的密度和尺寸随质子辐照注量有增加的趋势。辐照前后的明场像、高分辨相和电子衍射花样均表明,在350癈 2MeV的质子辐照没有使锆4合金中的hcp-Zr(Cr,Fe)2和fcc-ZrFe2沉淀相发生非晶化转变。

离子注入金红石单晶生成的金属Ni纳米晶的磁学性能研究

研究了能量为64 keV、注量1×1017 cm-2的Ni离子注入金红石TiO2单晶制备的植入金属纳米晶的微观结构和磁学性能.注入层的结构和磁学性能采用透射电子显微分析(TEM)和超导量子干涉磁强计(SQUID)进行分析.结果表明,金红石单晶中有尺寸为3～18 nm的金属Ni纳米晶生成,注入区域基体明显非晶化.10 K温度下金属Ni纳米晶的矫顽力约为16.8 kA·m-1,比Ni块材的矫顽力大.样品的零场冷却/有场冷却(ZFC/FC)曲线表明,金属Ni纳米晶的截止温度约为85 K.

单晶YSZ的Xe^+辐照损伤的电子显微分析

不同注量200keVXe+注入YSZ单晶样品的电子显微分析结果表明,随着辐照注量的增加,缺陷簇的密度增大,在1×1015～1×1016cm-2Xe+注量,缺陷簇密度迅速增大,形成间隙型位错环;当Xe+注量增大到1×1017cm-2,缺陷簇密度的增加变得缓慢,并且有直径为2～4nm的Xe气泡析出。选区电子衍射花样表明YSZ样品没有产生非晶化转变。在Xe+辐照的离位率高达约350dpa的情况下,YSZ晶体没有非晶化,其原因主要是由于注入的Xe+以气泡形式析出。

采用EPR谱和TEM对YSZ单晶辐照损伤的研究

利用电子顺磁共振(EPR)谱和透射电子显微镜(TEM)研究了YSZ单晶的辐照效应。200 keV的Xe和400 keV的Cs离子注入[111]取向的YSZ单晶中,注量均为5×1016cm-2。EPR结果表明辐照产生了共振吸收位置g‖=1.989和g⊥=1.869、对称轴为[111]的六配位Zr3+顺磁缺陷。Cs辐照产生了比Xe离子辐照多约150倍的六配位Zr3+顺磁缺陷。两种样品的剖面电子显微分析表明没有发现非晶化转变,但是Cs离子辐照的样品在损伤集中区域产生了密度较高的缺陷。因此,EPR谱和电子显微观察均说明在相同离位损伤(约160 dpa)的情况下,Cs离子辐照比Xe离子辐照产生了更多的缺陷。造成这一现象的原因是Cs离子是化学活性的而Xe离子却是惰性的。

离子注入诱发YSZ相变和Pyrochlore纳米晶的电子显微研究

通过剖面电子显微技术研究了离子注入在单晶YSZ中诱发生成Pyrochlore纳米晶(约10nm),并使萤石结构的YSZ局部相变为焦绿石结构。在YSZ单晶中注入180keVTi+离子,注入温度为常温,Ti+注量为1×1017ions/cm2,随后在1100℃的氩气中退火2h。电子显微研究表明,Y(钇)稳定的立方ZrO2转变成为点阵常数a≈(1.024±0.005)nm的焦绿石结构A2B2O7(Y2(TixZr1-x)2O7)。生成的Y2(TixZr1-x)2O7与母相保持共格,有[110]YSZ∥[110]P和(11-1)YSZ∥(11-1)P的取向关系。阳离子有序和化学成分的重新分布被认为是这种相变发生的机理。

Ti离子辐照诱发焦绿石Gd_2Zr_2O_7相变的电子显微研究

通过高分辨和剖面电子显微技术研究了离子注入在单晶焦绿石Gd2Zr2O7中的产生的结构相变。在单晶Gd2Zr2O7中注入200keVTi+离子,注量为1×1017ions/cm2,注入温度为常温。电子显微研究表明,1×1017ions/cm2的Ti+离子注入没有使样品非晶化,而是诱发了单晶Gd2Zr2O7从焦绿石结构转变成萤石结构。从高分辨像和选区电子衍射花样发现Gd3+和Zr3+发生了阳离子无序。重离子入射产生的级联碰撞致使阳离子无序被认为是相变发生的物理机制。