本论文首先论述离子束与聚合物相互作用的相关理论基础。在实验上采有XPS、FT-IR、光吸收谱、径迹刻蚀等手段，研究分析了团簇离子与聚碳酸酯(PC)等聚合物相互作用在不同深度层面的非线性效应和集体效应。 利用北京大学2×1.7MV串列静电加速器引出0.6MeV/atom的Cn(n=1-5)团簇离子以及不同能量的单原子离子辐照PC等聚合物。研究发现材料表面的C/O比随团簇中原子个数的增加非线性减小，当原子个数n=3时，达到最小；在n=4，5时，达到饱和。碳氧单双键的比(C=O/C-O)也发现类似性质，这表明了团簇离子辐照在聚合物表面化学性质改变中表现出了明显的非线性和集体效应；团簇离子在辐照后，会有新的基团，如羟基、OH等产生，各化学基团CH3，CH2，OH等对应的振动模式强度的变化也明显的非线性和集体效应。其中，C3-的辐照效应尤为特殊，这是由于团簇具有稳定的三角形结构，在辐照过程中表现出强烈的集体效应造成的。 光吸收谱的研究表明，PC、CR39的光学带隙随入射离子能量剂量发生改变，可以通过注入离子的能量和剂量来控制聚合物材料的光吸收性质，C3+团簇离子辐照有着明显的非线性效应。与Sin+(n=1～3)和Cn+(n=1～5)团簇离子辐照Si、NaCl单晶光吸收谱研究相比较，缺陷类型、缺陷浓度分布和“团簇区域”长度是改变光吸收性质的主要参数。 从玻尔的能损公式出发，建立了“团簇区域”长度估算模型。该模型考虑了团簇原子间的结合能、团簇离子初始动能、靶材料的性质等因素，比单纯从库伦排斥来计算“团簇区域”长度要更加合理。“团簇区域”的长度可作为特征量描述团簇与物质相互作用时团簇效应的强弱。 团簇离子束在PC中的径迹可以通过化学刻蚀得到。利用SEM和质量损失分析，得到了自然腐蚀速度和径向腐蚀速度等刻蚀参数，发现径向腐蚀速度与入射离子的电子能损平方根成正比关系。可能利用团簇离子径迹刻蚀特征和径迹几何分析，描述了“团簇区域”并计算了在各深度下的团簇中各原子的相关系数。