Исследование структурно-морфологических изменений и эмиссионных свойств высокоориентированного пиролитического графита при высокодозовом ионном облучении

• Автор: Севостьянова, Варвара Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Процессы радиационных повреждений углеродных материалов

1.2. Особенности структуры и свойств углеродных материалов

1.2.1. Поликристаллические графиты и стеклоуглероды

1.2.2. Высокоориентированный пиролитический графит (ВОПГ)

1.2.3. Анизотропия свойств ВОПГ

1.2.4. Применения ВОПГ

1.3. Структурные и морфологические изменения поверхностного слоя углеродных материалов при высокодозовом ионном облучении

1.3.1. Поликристаллические графиты

1.3.2. Пороговый уровень радиационных нарушений, вызывающих аморфизацию поликристаллических графитов
1.3.3. Особенности ионно-индуцированных структурноморфологических изменений ВОПГ
1.3.4. Топографическое подавление распыления ВОПГ при высокодозовом ионном облучении
1.4. Автоэмиссионные свойства углеродных материалов
1.5. Цель и задачи исследования
Глава 2. Экспериментальное оборудование и методы исследования
2.1. Оборудование и методика высокодозового ионного облучения материалов
2.1.1. Масс-монохроматор ускоренных ионов и экспериментальная камера ионного облучения мишеней
2.1.2. Мониторинг высокодозового облучения
2.2. Подготовка мишеней к эксперименту
2.3. Оборудование и методы исследования морфологии, состава, структуры и эмиссионных свойств
2.3.1. Оптическая, растровая электронная и атомно-силовая микроскопия поверхности
2.3.2. Лазерная гониофотометрия отраженного света
2.3.3. Дифракционные методы исследования

2.3.4. Спектрометрия резерфордовского обратного рассеяния
2.3.5. Спектроскопия комбинационного рассеяния света
2.3.6. Диодный тестер полевой эмиссии
2.4. Аналитические и компьютерные методы исследования
2.4.1. Моделирование взаимодействия ускоренных ионов с материалами
2.4.2. Стационарный уровень первичных радиационных повреждений при высокодозовом облучении
Глава 3. Закономерности ионно-индуцированных процессов
модифицирования поверхностного слоя ВОПГ
3.1. Температурные зависимости коэффициента ионно-электронной эмиссии у(7) ВОПГ в циклах нагрева и охлаждения
3.1.1. Высокодозовое облучение ионами аргона энергии 30 кэВ
3.1.2. Влияние энергии ионов на зависимости у(7)
3.1.3. Влияние угла падения ионов на зависимости у(7)
3.1.4. Влияние сорта ионов на зависимости у(7)
3.2. Результаты электронно-микроскопических исследований
3.2.1. Ионно-индуцированная морфология поверхности в циклах нагрева и охлаждения
3.2.2. Влияние температуры облучения на ионно-индуцированную морфологию поверхности
3.2.3. Наноконусная морфология при температуре текстурного перехода
3.3. Результаты структурных исследований дифракционными методами
3.3.1. Влияние температуры облучения ВОПГ на дифракцию быстрых отраженных электронов
3.3.2. Результаты исследований методом индуцированного протонами рентгеновского излучения
3.4. Результаты исследований методом спектрометрии резерфордовского обратного рассеяния
3.4.1. Глубина измененного слоя в циклах нагрева и охлаждения
3.4.2. Температурная зависимость глубины внедрения ионов
3.4.3. Влияние энергии ионов на глубину их внедрения
3,4.4. Результаты исследований методом POP в геометрии
каналирования
Выводы по главе
Глава 4. Пороговые уровни первичных радиационных нарушений, приводящи)
к глубокому модифицированию ВОПГ
4.1. Аналитические и компьютерные расчеты уровня радиационных нарушений при высоких флюенсах ионного облучения углеродных материалов
4.2. Оценки пороговых уровней радиационных нарушений
Выводы по главе
Глава 5. Автоэмиссионные свойства поверхностного слоя ВОПГ
5.1. Влияние температуры и геометрии облучения на характеристики полевой эмиссии
5.2. Результаты исследований поверхности методом спектроскопии комбинационного рассеяния света
Выводы по главе
Заключение
Список литературы

Согласие с экспериментальными данными приводит к зависимости Rd ~ Е [66] и соответственно к прямой пропорциональной зависимости уровня первичных радиационных нарушений от энергии бомбардирующих мишень ионов. Экспериментальное исследование в [67] температурных зависимостей коэффициента ионно-электронной эмиссии углеродных материалов показало, что с уменьшением энергии ионов относительная высота ступеньки на зависимостях у (Т) уменьшается так, что при достаточно низких энергиях у (Т > Та) ~ у (Г < Га).
Такая трансформация зависимостей у(7) происходит из-за уменьшения степени разупорядочения или доли аморфной фазы в облучаемом слое с уменьшением энергии ионов. Методика определения критической дозы аморфизации основана на том, что зависимость аморфной фракции fa в материале от уровня v радиационных нарушений может быть описана ступенчатой зависимостью типа erf- функции [68]
где уа имеет смысл критической дозы аморфизации с масштабным коэффициентом к.
Рис. 1.16 демонстрирует экспериментально измеренную энергетическую зависимость отношения унт/уят (где НТ соответствует температурам Т > Та) при нормальном падении ионов на поликристаллическую графитовую мишень и расчетную зависимость, следующую из формулы (1.7) в случае нормального падения (0 = 0°) ионов на мишень
которая по зависимости X rt(v) = A.poty - 4 (poiy - а) подобрана с наилучшим соответствием к эксперименту.
Сопоставление расчетов энергетических зависимостей у (£) с использованием зависимости аморфной фракции от уровня v первичных радиационных нарушений в виде erf - функции с экспериментом позволяют оценить пороговые значения va аморфизации графита при ионном облучении на основе подбора соответствующих Еа. Оценки v(E) проводили аналитически, полагая, согласно Зигмунду [69], сечение смещения erdam = 0 4Sn/Ed- Для ионов
fa=y2{ 1 + erf [(v - va) //с]},
(1.14)
УRT 'RT/,e(l eXP( /Rt))]
(1.15)