含氦納米膜的制備及其固氦特性研究.pdf

1、開(kāi)展儲(chǔ)氚材料中氦行為的研究，無(wú)論在軍事領(lǐng)域還是在和平利用核能領(lǐng)域都有著十分重要的意義。 離子束輔助磁控He、Ar共濺射沉積方法，具有使常規(guī)體材既納米化又同時(shí)摻He的特色。本文通過(guò)此方法制備了納米晶含氦Ti膜及LaNiAl膜。研究了實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)膜的結(jié)晶情況及氦含量的影響，并進(jìn)一步研究含氦納米晶Ti膜室溫下氦的保持、釋放情況。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別采用了X射線衍射(XRD)研究膜的結(jié)晶情況及晶粒大小，質(zhì)子背散射(PBS)測(cè)量膜中氦含量及其分布

2、，原子力顯微鏡(AFM)觀察薄膜的微觀表面形貌，透射電鏡(TEM)觀察膜中氦的存在狀態(tài)、位置及晶粒大小，熱解吸譜(TDS)研究膜中氦的存在位置，中子衍射測(cè)量氦在I,aNiAl膜中的占位。研究結(jié)果表明： (1)通過(guò)改變低的P<,Ar>分壓、P<,He>/P<,Ar>分壓比、襯底溫度等參數(shù)，獲得了晶粒尺寸7/2nm-44.2nm，He/Ti原子比58.0％-11.6％的納米晶鈦膜。 (2)含氦納米晶鈦膜具有良好的儲(chǔ)He性能，

3、晶粒9.9nm-44.2nm、He/Ti原子比48.3％至13.3％的含氦膜在室溫存放12個(gè)月后He保持量在93.4％至42.6％之間。 (3)納米鈦膜中，氦進(jìn)入晶胞后使得納米晶粒細(xì)化并引起晶胞參數(shù)改變，其c軸增加[(002)面峰位向小角度移動(dòng)]而a軸[(100)晶面峰位不變]不變，同時(shí)存在氦阻礙晶粒變大的抑制效應(yīng)。 (4)He/Ti原子比22.9％的納米晶鈦膜仍具有體材一樣的儲(chǔ)氫能力，吸H后引起He原子在晶格中的占位變

4、化或He<,n>>-V中n的變化，He釋放峰具有向低溫移動(dòng)的新特點(diǎn)。 (5)決定納米結(jié)晶LaNiAl膜的含He量和He位置的關(guān)鍵因素是靶材的品質(zhì)，弧放電P<,Ar>, P<,He>/P<,Ar>分壓比及襯底溫區(qū)。 (6)30℃～220℃和305℃～325℃的兩不同溫區(qū)，2.8≤P<,He>/P<,Ar>≤8，皆可獲得He/LaNiAl原子比5.7％-13.8％的結(jié)晶含氦膜；中溫膜He以單一的He<,n>-V存在，且He優(yōu)