ECR纳米表面的极端制造原理与方法研究

针对ECR（电子回旋共振）纳米表面的极端制造技术基础这一科学问题，围绕纳米表面的基本组成："纳米表面结构"、"纳米表面形貌"、"纳米表面纹理"三种纳米尺度的制造原理及方法开展研究。采用ECR等离子体的刻蚀/生长与电子/离子照射及元素掺杂结构耦合的方法实施纳米表面的结构、形貌和纹理的加工制造，通过透射电镜纳米表面结构观察、扫描探针显微镜纳米表面形貌与纹理测量的技术路线，揭示在ECR等离子体加工制造过程中纳米表面的结构、形貌和纹理的形成原理与控制方法，阐明ECR等离子体的电子/离子照射能与元素掺杂在纳米表面制造中的关键作用，建立在0.34nm尺度上的单分子层纳米表面结构、0.1nm尺度上的超光滑纳米表面形貌和5nm尺度上的纳米表面纹理的极端制造理论基础及方法。研究成果可广泛应用于固体表面的纳米结构-形貌-纹理加工制造，对推动和促进纳米极端加工制造基础及工艺与装备的体系化、实用化具有重要意义。

本项目针对ECR（电子回旋共振）纳米表面的极端制造基础科学问题，围绕大面积纳米表面结构与形貌的制造原理以及纳米表面的机-电-磁特性集成开展研究。. 针对ECR（电子回旋共振）纳米表面的极端制造原理及方法，首先利用朗缪尔探针进行等离子体诊断确定了等离子工作的优化参数，提出了离子/电子照射判定依据以及照射能量控制方法。利用低能电子照射生长碳纳米表面获得了电子结构与双层石墨烯相似的石墨烯嵌层纳米结构，并发现石墨烯嵌层结构形成的临界电子照射能量为40 eV。在此基础上，提出低能电子照射下以非弹性散射作用方式为主的碳原子诱导键合模型。利用电子照射对已形成的非晶碳纳米表面进行照射，发现了表层石墨化结构转变，其深度大约为4 nm。最终建立了电子照射碳纳米表面结构控制规律。进一步研究了不同碳纳米表面形貌与其结构的对应关系，以及表面粗糙度随照射方式和照射能量的变化规律。最终提出了低能电子照射方法以及电子/离子混合照下纳米表面形貌的控制规律。. 针对碳纳米表面的机-电-磁特性集成，研究了其表面电阻率、顺磁特性以及摩擦学特性随结构的变化规律，发现石墨烯嵌层纳米表面具有较低的表面电阻率，饱和磁化强度可以达到0.265 emu/g。从电子结构角度解释了石墨烯嵌层结构电学和磁学特性产生机理，提出碳纳米表面电阻主要由表层结构决定，其饱和磁化强度随碳纳米表面中石墨烯纳米晶的数量而增加。进一步研究纳米结构对摩擦学特性的影响，发现了石墨烯嵌层纳米表面可较快进入低摩擦状态，其机理是与稳定低摩擦阶段具有相同的纳米结构。利用电子/离子混合照射的方式优化了碳纳米表面的摩擦学特性。. 本项目系统研究了电子、离子照射能量控制下的纳米表面结构与形貌演变规律，阐明ECR纳米表面制造过程中原子生长键合机理，提出了电子/离子混合照射下纳米表面电学、磁学与机械特性优化集成的加工思想。研究为推动纳米制造基础科学的发展与新型纳米制造装备实现集成提供了原创思路。. 项目执行期间已正式发表SCI收录论文14篇，目前在审包括2篇APL在内的SCI检索论文5篇；已授权发明专利3项；在国际大会上已发表特邀报告1篇，分组报告12篇，投稿8篇。培养博士毕业生2名，硕士毕业生4名，在站博士后1名，在读博士生2名，硕士生2名。