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离子束辐照使可溶性聚四氟乙烯中产生了化学活性

    注入损伤分布入射离子与基材原子发生复杂的相互作用会产生空位和间隙原子等点缺陷,也有空位和其他杂质原子结合形成复合缺陷,这些统称为注入损伤。损伤程度以平均离位损伤(dpa,displacementsperatom)来表示,定义为单位体积内空位数占原子数目的百分比,它表示入射粒子与晶格原子碰撞时,传递给基材原子的动能超过离位阂能(晶格点阵位置的束缚能)时,原子离开晶格位置造成的损伤。图2为5种不同注入能量可溶性聚四氟乙烯中引入离位损伤的模拟分析结果,随着Ni离子注入能量的增加,其在可溶性聚四氟乙烯内的损伤最大深度呈线性增加趋势,距表面分别为37.6,54.4,61.6,82.8,97.2nm;损伤程度峰值深度呈线性增加的趋势,距表面分别为8.8,12.0,14.4,16.8,19.2nm,程度峰值呈现先增加后趋于稳定的变化趋势,分别为1.72,1.81,1.95,1.97,1.98dpaoNi离子注入能量在10-30kV范围内,损伤程度最大约为1.98dpa,即空位数约占总原子数的1.9800,如此低的损伤不会造成材料注入层的非晶化。同时,随着注入能量增加,能量损失以核阻止过程为主,和可溶性聚四氟乙烯原子发生碰撞的概率增大,碰撞之后产生级联反射的几率越大,因而产生的空位增加,损伤程度增加。图3是不同能量Ni+注入后可溶性聚四氟乙烯表面Li高分辨谱图,未经注入可溶性聚四氟乙烯的C,谱线中对应E,,=292.0eV和E,=284.8eV峰形对称且半高宽较小E,,=292.0eV对应于CFz键峰位,E,,=284.8eV对应于C-C键峰位。相对于未注入可溶性聚四氟乙烯,可溶性聚四氟乙烯经Ni+离子注入后,除新增加CF:3,CF及C-0峰外,CFz峰强度降低,C-C峰强度增加,且CFz峰位向低结合能方向偏移,峰形展宽且不对称,半高宽增大,这表明CFz趋向于多化学键混合结构,经分峰发现,C,峰包含5条谱峰CF;j(293.52一293.42eV)CFz(291.31一291.54eV)、CF(288.87一289.09eV)、C-0(286.73一286.92eV),C(284.78一284.82eV)。CF:峰强度降低即CFz键数量呈减少趋势,表明Ni离子的注入使可溶性聚四氟乙烯化学主链中化学键发生了断链反应;新形成的CF,jCF键,为注入过程中发生了脱氟反应,C-0键的形成是由于Ni+离子束辐照使可溶性聚四氟乙烯中产生了化学活性较高的类烷基和端甲基等自由基,当可溶性聚四氟乙烯从真空室中取出时,暴露于大气环境下,活性自由基中C垂悬键在室温下即可与空气中的0元素迅速反应形成活性含氧基团C-0键。CFz峰位偏移与元素外层电子密度有关,C原子与F原子结合时,F原子电负性较大,当注入效应发生脱氟反应时,使C原子的孤对电子向自身方向偏移导致其周围电子密度增加,相应的C元素原子核对核外电子的束缚能力减弱,结合能减小。以上可能发生的反应为。www.tianjiexiangsu.com

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