白云母是一种二维层状结构材料,由于拥有优良的物理性能,白云母在地质考古、固体径迹探测器等方面均有着非凡表现,另外,由于白云母具有较高的介电常数,云母电容器在精度、稳定性、可靠性要求极高的航天、航空、航海、火箭等方面有极广泛的应用。荷能重离子辐照在白云母中产生的相关辐照效应研究具有重要的意义,它的一些研究成果对其他绝缘材料的辐照效应研究具有一定的指导意义。本论文利用兰州重离子加速器(HIRFL)提供的能量高达2.0 GeV、辐照注量为1×1010-1×1013 ions/cm2的209Bi、114Xe、112Sn、及86Kr离子,以及320 kV高电荷态离子综合研究高压平台提供的能量为1.4 MeV、辐照注量为5×1011-1×1016 ions/cm2的不同电荷态的Xeq+离子和Kr q+离子辐照白云母样品,样品厚度为12μm,辐照实验是在室温下进行的,实验中主要改变的辐照参数包括入射离子电子能损、辐照注量、离子电荷态等。分别采用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外(UV-Vis)、红外光谱(FTIR)对辐照前后的样品进行了测试,系统研究了荷能重离子在样品中引入的缺陷、导致的晶体结构改变、产生的潜径迹的形貌以及对样品的光学性能的影响,首次利用高分辨透射电子显微镜(HREM)观测并分析了快重离子在白云母中产生的潜径迹纵截面形貌及高电荷态离子在白云母中产生的缺陷型潜径迹形貌。快重离子辐照后白云母的晶体结构发生了变化。XRD测试结果表明,辐照后样品的晶面间距减小的同时,产生了非晶及次晶结构。结合实验结果和公式对单个离子在样品中产生的损伤截面和次晶的产生截面进行了拟合计算,得出白云母中非晶区域的直径,与TEM测试结果相近。辐照在样品中引入了压应力,且应力值随着辐照注量的增大而逐渐增大。对不同电子能损的离子辐照后的白云母表面形貌进行了AFM扫描测试,辐照后样品表面粗糙化程度增大,在样品表面发现了顶端带有凹坑的火山口形貌的缺陷,且缺陷形貌随辐照离子在样品表面的电子能损的不同而有所不同。另外,离子入射角度对样品表面缺陷的形貌也有一定影响。快重离子辐照在白云母中产生了潜径迹。对荷能重离子辐照在白云母中产生的潜径迹、缺陷的形貌、结构等进行TEM观测,分析发现:a)在快重离子辐照后的白云母样品中均匀分布着横截面近似呈圆形、纵截面为连续长条状的潜径迹,径迹边缘清晰,径迹芯为非晶结构,径迹周围存在明显的晶格形貌。综合热峰模型计算、XRD拟合以及TEM直接观测所得潜径迹平均直径发现,潜径迹平均直径随入射离子电子能损的增大逐渐增大。b)透射电子轰击在样品中产生了团簇在径迹芯周围的点缺陷,进而导致潜径迹直径随测试时间的延长而逐渐增大。c)高电荷态离子辐照在白云母中产生了径迹芯为缺陷型晶体结构而非完全非晶化结构的潜径迹,且在辐照后的样品中未观察到连续潜径迹。荷能离子辐照引起带隙的变化。利用紫外-可见光谱进行分析了荷能重离子辐照后的白云母的带隙和Urbach能,结果表明:a)快重离子辐照在白云母中导致了大量缺陷的产生,引入了杂质能级,导致白云母带隙减小、Urbach能增大,且白云母的光学带隙随着快重离子的电子能损和辐照注量的逐渐增大而减小。b)高电荷态离子辐照后,白云母的光学带隙随着辐照注量和电荷态的逐渐增大而逐渐减小、Urbach能逐渐增大,表明辐照后样品中的无序化程度增大。c)通过比较发现,同一辐照注量下,快重离子辐照在样品中导致Urbach能的增大程度远远大于高电荷态离子。快重离子和高电荷态离子辐照后,白云母红外光谱中均未出现新的峰,表明没有新的化学键形成。随着电子能损和辐照注量的逐渐增大,各个分子振动峰的透射强度均减小,说明荷能重离子辐照在样品中产生了缺陷,导致吸收强度增大从而透过率减小。通过进一步分析认为四面体中Si原子配位数增大,OH基键长键角并未发生改变。