高电荷态离子(Highly Charged Ion)是由原子的外壳层电子被大量剥离而变成的带有高正电性的离子,其最突出的特点是自身携有很强的库伦势能。高电荷态离子与物质相互作用的研究在天体物理、原子物理、辐射生物学、纳米材料及核聚变反应堆设计等研究领域都有着重要的意义。在生物医学方面,易于加速的高电荷态离子与有机体相互作用的特性,使之成为重离子治癌研究工作的首选离子。高电荷态离子在材料表面分析和表面改性等研究方向有着特殊的应用,在微电子制造工艺方面有着重要的应用前景。但是到目前为止,人们对高电荷态离子与固体材料表面相互作用的过程并没有达成统-的认识,现有的研究结果之间也存在着颇多的争议。本论文综述了高电荷态离子的主要特性,对产生高电荷态离子的实验装置—ECR (Electron Cyclotron Resonance)离子源和EBIT (Electron Beam Ion Trap)离子源的工作原理作了较详细的介绍,报道了高电荷态离子相关领域的研究结果和最新动态。基于我们的实验结果,重点研究了高电荷态离子与多种固体材料表面相互作用引起的不同溅射现象。汇报了高电荷态离子轰击云母材料表而,产生纳米尺度缺陷的相关工作。最后还给出了利用高电荷态离子辐照石墨表面,产生类金刚石结构的相关研究结果。在高电荷态离子引起的溅射实验中,我们利用不同动能的高电荷态Arq+(q=1～16)、Pbq+(q=4-36)离子轰击多种材料表面,包括金属：铝(Al)、铜(Cu)、铌(Nb)、钥(Mo)、钽(Ta)、金(Au)；半导体：硅(Si)；绝缘体：SiO2。用微通道板探测器记录了部分中性原子和正离子的溅射产额,得到了一系列结果：1.溅射产额与入射角的相关性；2.溅射产额随入射离子电荷态(势能)的关系,观察到不同的材料表面有着不同的势能溅射现象；3.溅射产额随入射离子动能的变化曲线,发现动能溅射产额与离子在表面的核能损有关。在Mo靶和Ta靶实验中,还发现了电荷态造成的表面能损增强效应；4.比较了不同种类靶材料上的势能溅射现象,其中在绝缘体和半导体靶表面,容易形成势能溅射,而部分金属材料表面的势能溅射具有闽值效应。依据既有的理论模型和靶材料特性,提出了在高电荷态离子轰击材料表面过程中,通过势能沉积产生的电子激发在不同材料表面的有着不同分布趋势的假设,并结合实验结果,讨论了表面的电子激发对势能溅射过程的可能贡献。利用高电荷态Xeq+离子入射到云母材料表面,通过原子力显微镜(AFM)观察到了表面的丘状纳米突起,初步建立了表面纳米缺陷直径及高度与入射离子势能和动能的关系。估算了形成此种纳米缺陷对应的移位原子数。同时介绍了在方向上最新的实验研究结果。在高电荷态Xeq+(q=5-26)离子辐照高定向石墨(Highly Oriented Pyrolytic Graphite, HOPG)表面的实验中,利用Raman光谱和XPS (X-ray Photoelectric Spectroscopy)测量,观测到了石墨表面结构由sp2向sp3杂化的现象,表明在石墨表面有类金刚石结构的生成。讨论了此转化过程与入射离子势能和入射剂量间的关系。通过改变入射离子动能,发现对于速度较慢的离子,它能将更大比例的势能沉积到材料表面区域,从而更加有效地在石墨表面产生类金刚石结构。