碳纳米材料是当今材料科学最为活跃的前沿领域之一,研究这样一种材料不仅具有技术上的重要性,还具有物理上的意义.质量分离的离子束技术由于其优越的参数可控性可以制备出各种不同的碳纳米材料.该文结合中科院上海应用物理研究所的同位素分离和离子注入装置等设备,利用离子束与碳靶、多壁碳纳米管的相互作用,研究在离子束作用下,碳纳米材料的合成、改性乃至相变过程.实验过程中,不仅研究了惰性气体离子、金属离子以及其它非金属离子等单种离子对碳靶和多壁碳纳米管的辐照效应,也研究了多种离子组合对碳靶和碳纳米管的辐照效应.用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等表征手段对这些结构体进行形貌和结构分析,在用TRIM(the Transport of Ions inMatter)程序模拟的基础上对这些纳米结构体的合成机制进行了探讨.所取得的主要结果如下:(1)用金属离子Fe<+>、Ni<+>、Ag<+>和惰性气体离子Ar<+>双离子辐照碳靶,产生了大量含Ar-泡的纳米材料.这不仅在量子点生长方面开发了新的方法,而且使量子点领域拓宽,也有助于合成新的气泡材料,如D-泡.(2)在Ar<+>轰击多壁碳纳米管过程中,当离子剂量高达1×10<19>ions/cm<2>时,获得了大量填充Ar-泡的碳材料,但对其性质以及功能应用还需要进一步研究.(3)研究了各种离子对多壁碳纳米管的轰击作用,发现使碳纳米管无定形化的临界剂量随离子的种类和能量不同而改变.