新一代高能量、高流强、高亮度和长寿命粒子加速器的发展,对真空的要求已从超高真空向极高真空和超低温等极端条件跨越,所面临的挑战主要是:高真空梯度、电子云问题和高密集度,这些问题也成为了新一代加速器真空系统建造的难点,亟待解决。作者在国家自然科学基金的支持下,探索了新一代加速器真空室结构材料的表面处理、制备工艺、可控沉积和材料的表面成分、表面形貌及二次电子发射特性等,论文主要研究内容是:1.二次电子产额是新一代加速器真空室结构材料的重要指标,目前没有专门的测试仪器和成熟的测试方法,我们自主研制了国内首台高精度多功能高效率二次电子特性参数测试仪,该仪器可以测试不同入射角度(10°～90°)、不同温区(750K～20K)、和不同入射剂量下导体与绝缘体材料的二次电子产额。实验测试结果表明该仪器的测试功能和测试精度在国内处于领先水平,和国际上一些著名实验室的测试结果比对和对比表明我们的测试仪具有较高的测试精度和准确度。2.在国内首先研究了适用于新一代加速器真空室的低二次电子产额、长寿命和良好吸气特性的非蒸散型吸气剂TiZrV-Pd薄膜的关键制备工艺参数和薄膜的二次电子发射特性,其最低二次电子产额可降至1.38。首次研究了镀膜参数对TiZrV-Pd和TiZrV薄膜二次电子产额的影响。3.作者在国内首先提出了采用CST软件来模拟跑道型陶瓷真空室磁控溅射镀膜装置中不同尺寸的Ti阴极对辉光放电中镀膜装置内部电场分布的影响,从而优化了异型截面真空室镀膜装置设计、Ti阴极尺寸和安装位置。该模拟方法极大提高了TiN薄膜的均匀性,解决了异型截面陶瓷管道薄膜均匀性差的难题,降低了镀膜成本,节约了时间和能源,提高了镀膜效率。此外,为了提高陶瓷管道的镀膜速率,将跑道型陶瓷管道镀膜装置的阴极Ti丝换成Ti板,镀膜速率较之前增加了近40倍。4.基于Matsunami模型和YT模型的半经验公式,在国内首先对陶瓷管道内表面磁控溅射镀膜过程中TiZrV薄膜和Pd薄膜的镀膜速率进行了计算,结果表明:在圆柱型管道磁控溅射镀膜过程中,对于单一金属薄膜而言,沉积速率C可通过溅射深度D来估算。通过对比实验结果和模拟结果,找到更为接近实验值的半经验镀膜速率计算公式。在新一代加速器真空方面所面临的三个挑战中,电子云问题是最为关键和核心的问题,因此,真空室结构材料的二次电子产额特性也就成为研究真空室材料的重要内容。目前主要的解决方案是研究加速器真空室相关材料的二次电子产额特性,寻找低二次电子产额的新材料。以此为中心,作者探讨了多种新的低二次电子产额材料的制备、二次电子特性、应用潜力及应用方案,主要研究内容如下:1.掌握了真空室管道材料表面沉积低二次电子产额TiZrV-Pd薄膜和TiN薄膜的制备工艺和相关特性,同时,首次采用Monte Carol法模拟了 TiZrV-Pd薄膜中二次电子发射过程,定量分析了影响TiZrV-Pd薄膜二次电子发射产额的因素。2.基于石墨烯的高迁移率、卓越的热导率,作者研究了铜基石墨烯材料的二次电子产额特性,首次提出了具有低二次电子产额的铜基石墨烯在新一代加速器中的应用方案。3.激光刻蚀材料表面技术采用原位处理的方式对样品表面进行加工,可以在大气中对材料表面进行处理以获得二次电子产额低于1的无氧铜和不锈钢样品,其制备成本低,可重复性高且适用材料范围广泛,是目前获得低二次电子产额材料的最佳方案,也是目前国际上的研究前沿。作者在国内首先开展了相关实验研究和机理分析工作,研究了激光参数、暴露大气等因素对激光刻蚀材料二次电子产额的影响,并对激光刻蚀材料表面技术所面临的管道表面处理技术难题进行了探讨和分析。这些研究成果为新一代加速器真空室设计和真空室材料表面处理、储存环电子云问题、加速器超高真空获得以及相关问题的解决有重要的借鉴和参考价值。