ECR低能電子照射碳納米表面制造原理與特性研究.pdf

1、隨著納米工程技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)控制原子鍵合實(shí)現(xiàn)特定納米結(jié)構(gòu)與形貌的表面制造成為研究熱點(diǎn)。在電子回旋共振（ECR）等離子體中，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡精確可控，為電子照射下納米表面結(jié)構(gòu)與形貌的精確控制提供了可能，然而目前這方面研究仍未開展。另一方面，石墨烯納米表面在納米機(jī)械系統(tǒng)制造中展現(xiàn)出巨大的潛力，然而現(xiàn)有制造方法仍不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模高效率的三維石墨烯結(jié)構(gòu)制造。針對(duì)上述科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，本文開展了“ECR低能電子照射碳納米表面制造原理與特性研究”，為 EC

2、R等離子體納米表面制造提供了原理創(chuàng)新，為新型碳納米表面制造提供了理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，具有重要的科學(xué)意義與應(yīng)用價(jià)值。
　　針對(duì)ECR等離子體電子照射實(shí)現(xiàn)原理，首先采用封閉式磁鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)ECR等離子體中電子的約束。之后利用自行設(shè)計(jì)的改進(jìn)型朗繆爾探針診斷分析了基片附近實(shí)際等離子體狀態(tài)隨微波功率、工作氣壓等參數(shù)的變化規(guī)律，確定了實(shí)現(xiàn)電子照射的優(yōu)化參數(shù)。進(jìn)一步揭示了基片偏壓對(duì)等離子體懸浮電位的影響機(jī)理，提出了基片偏壓控制下的單電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律

3、與電子照射實(shí)現(xiàn)原理。首次提出了ECR等離子體電子照射判定依據(jù)以及照射能量控制方法。
　　利用低能電子照射對(duì)生長(zhǎng)中的碳納米表面進(jìn)行照射，獲得了石墨烯嵌層納米結(jié)構(gòu)，通過(guò)拉曼光譜表征發(fā)現(xiàn)其電子結(jié)構(gòu)與雙層石墨烯相同。研究了電子照射能量對(duì)碳納米表面結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)石墨烯嵌層結(jié)構(gòu)形成的臨界照射能量為40 eV。在此基礎(chǔ)上提出了低能電子照射下以非彈性散射作用方式為主的碳原子誘導(dǎo)鍵合模型。利用電子照射對(duì)已經(jīng)形成的非晶碳納米表面進(jìn)行照射，發(fā)現(xiàn)了表層

4、石墨化結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，其深度大約為4 nm，探討了電子照射能量與穿透深度的關(guān)系。最終建立了電子照射碳納米表面結(jié)構(gòu)控制規(guī)律。進(jìn)一步研究了不同碳納米表面形貌與其結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及表面粗糙度隨電子照射方式和照射能量的變化規(guī)律。最終提出了低能電子照射以及電子/離子混合照射下納米表面形貌的控制規(guī)律。
　　針對(duì)低能電子照射碳納米表面的特性，首先研究了其表面電阻與順磁特性隨結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)石墨烯嵌層納米表面具有較低的表面電阻，飽和磁化強(qiáng)度可以達(dá)

5、到0.265 e mu/g，高于其它已有報(bào)道的碳納米結(jié)構(gòu)。從電子結(jié)構(gòu)角度解釋了石墨烯嵌層結(jié)構(gòu)電學(xué)和磁學(xué)特性產(chǎn)生機(jī)理，提出碳納米表面電阻主要由表層結(jié)構(gòu)決定，其飽和磁化強(qiáng)度隨碳納米表面中石墨烯納米晶的數(shù)量而增加。進(jìn)一步研究了石墨烯嵌層納米表面的摩擦學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)其在0.25 N低載荷下磨損壽命達(dá)到十萬(wàn)圈。研究了碳納米表面粗糙度對(duì)摩擦過(guò)程中微振動(dòng)的影響。提出了石墨烯嵌層納米表面較快進(jìn)入低摩擦狀態(tài)的機(jī)理是與穩(wěn)定低摩擦階段具有相同的納米結(jié)構(gòu)。利用電