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本文利用“Nadezhda-2”型强流脉冲电子束(HCPEB)装置对若干面心立方材料进行表面改性处理。利用光学显微镜(OM)、扫描电子电镜(SEM)、透射电子电镜(TEM)等测试技术详细表征了HCPEB处理后样品的表面形貌和微观组织结构变化,对利用HCPEB方法制备出的表面多孔单晶硅进行了光致发光特性测试。
对纳米纯铜进行不同电子能量密度的辐照处理,结果表明:处理后纳米纯铜表面形成了尺寸极微小的孔洞结构,微孔的尺寸随电子束能量的增加而变大,微孔的数量密度随电子束能量的增加而减小;建立了2 J/cm2,3 J/cm2,4 J/cm2三种能量密度模式分别是强流脉冲电子束“未熔”和“熔化”下的处理模型,统计了HCPEB辐照诱发纯铜表层的堆垛层错四面体(SFT)结构,10次轰击SFT的平均尺寸为16 nm,SFTs所占比例达到40%,分析了空位簇缺陷对表面微孔形成的作用。
纯镍经过HCPEB辐照处理,表面除了火山状熔坑形貌外,还出现了强烈的塑性变形结构,诱发了滑移和孪生变形,TEM结果显示,大量典型的呈{111}/[112]取向的孪晶结构存在于经HCPEB处理后的纯镍表层,HCPEB处理后纯镍表层积聚的高幅值应力和应变是产生形变孪晶的主要原因。
和金属材料一样,HCPEB处理后单晶硅表面形成了丰富的变形结构,包括呈弥散状分布的熔坑,整齐排列的微裂纹,密集分布的变形条带和微孔结构,晶体取向对微裂纹的形成有重要影响;选用3 J/cm2与4J/才cm2两种能量密度,成功制备出表面多孔硅,对不同脉冲次数下的多孔硅进行光致发光测试,实验结果表明,用HCPEB方法制备出的多孔硅具有光致发光性能,能够持续发出紫光,其中3J/cm2,10次脉冲后的发光效果最好,这为多孔硅的制备提供了一种新方法。
透射电镜结果表明,由HCPEB方法制备出的多孔硅表层拥有位错、层错、空位、纳米颗粒和非晶等多种缺陷结构。其中1次轰击后形成单一的螺型位错组态,5次轰击后出现了位错偶和位错缠结,20次脉冲后位错线长度显著变长,组成了规则排布的位错网络;此外还观察到层错和弗兰克位错圈结构,位错圈的出现与HCPEB后单晶硅层错能升高有关;横截面TEM结果证实样品距样品表层200 nm范围内存在大量点缺陷,位错,层错四面体是这些点缺陷的迁移通道。纳米颗粒和这些晶体缺陷的存在可能是导致多孔硅具有光致发光效应的原因之所在。