离子束技术经过几十年的发展已经成为一种成熟的表面改性和表面分析技术。在离子束与靶材料相互作用过程中，会在材料的表面产生沉积、溅射、掺杂等效应，因此该技术在不同的领域具有重要的应用价值。本论文主要运用离子束技术在两个方面进行研究:(1)利用离子辐照技术制备光波导结构，并对波导结构的特性进行了研究;(2)利用飞行时间二次离子质谱对固体-液体界面进行了研究，同时研究了锂离子电池的固体-电解质界面膜并计算了锂离子在其中的扩散速率。　　本文利用离子辐照不同的光学材料，通过改变光学材料的微观结构特性制备了光波导结构，并对波导结构在离子辐照前后的结构变化进行表征，主要内容是辐照引起的晶格结构变化及缺陷。同时对其在可见光及近红外波段的光学特性进行了研究，主要包括折射率的分布和近场光强分布。研究方法主要有实验方法和模拟方法两种。其中实验方法包括:棱镜耦合法测试波导结构的暗模特性曲线;端面耦合法测量波导导模的近场光强分布;拉曼谱用来探测辐照前后材料结构的变化。计算方法包括:反射计算法基于波导结构的暗模特性曲线模拟波导结构的折射率分布;光束传输法模拟波导结构的近场光强分布;SRIM(the Stopping andRange of Ions in Matter)软件计算离子辐照过程中离子在靶材料中的移动过程。本文利用离子辐照技术在硫系玻璃、硼酸钇锂、铌酸锂晶体上制备了光波导结构。　　硫系玻璃主要指以S、Se、Te三种元素为主并引入少量的其他类金属元素形成的玻璃材料。我们利用能量为5.5 MeV和6.0 MeV，剂量分别为7.0×1014ions/cm2和8.0×1014 ions/cm2两种不同能量和剂量的碳离子辐照硫系玻璃，探究辐照后硫系玻璃的结构特性变化。研究了光学波导结构在可见光和近红外波段的光学传输特性。结果表明，双能量碳离子辐照后形成的波导结构位垒区域较宽，可以有效的进行光传输。　　硼酸钇锂晶体(Li6Y(BO3)3，简称LYB）属于单斜晶系，空间群为P21/c，晶格常数为a=0.7157nm，b=1.6378 nm，c=0.6623 nm。我们利用碳离子辐照掺杂钕元素的硼酸钇锂晶体(Nd∶LYB)制备了光波导结构，并对其在可见光及近红外波段的光学传输特性进行了测试。实验结果表明，该波导结构在可见光波段可以支持多个模式的传输，在近红外波段可以支持单个模式的传输。该实验结果表明了离子辐照Nd∶LYB晶体制备可见光及近红外波段光波导结构的可能性及其在红外波段的应用前景。　　铌酸锂(LiNbO3)铌酸锂晶体属于三方晶系，可以透过波长为350 nm至5200nm之间的光波。我们利用能量为70 MeV、剂量为1×1012 ions/cm2的Ar离子辐照铌酸锂晶体制备了波导结构，研究了辐照前后铌酸锂晶体的结构变化。并对波导结构在可见光及近红外波段的光学特性进行了分析。结果表明Ar离子辐照制备的铌酸锂晶体波导结构可以良好的支持可见光及近红外波段的传输。　　当离子能量在100 eV到100 keV之间时，离子束在材料表面造成的溅射效应非常明显。若将被溅射出来的二次离子通过电场加速，使其通过具有质量分析功能的探测器，这样即可得到靶材料表面的化学成分的信息，即二次离子质谱（Secondary Ion Mass Spectrometry，简称SIMS）。由于SIMS极高的灵敏度，样品检测需要在高真空的条件下进行(低于104 mbar)以防止环境中的气体分子吸附在样品表面造成样品污染或干扰二次离子溅射至传感器的时间，因此利用二次离子质谱实验进行检测的一般为固体样品。为了实现对液体样品的检测，原位液体二次离子质谱（in situ liquid SIMS）这个概念在2011年被提出，它最独特的特性是液体表面、液体固体界面和液体真空界面分析的适用性。　　然而，在原位液体二次离子质谱（in situ liquid SIMS）实验中，一次离子束在液体表面产生损伤累积，其带来的损伤效应导致了实验结果的不稳定性，因此研究不同的实验条件来优化液体测试的实验结果至关重要。在本文中，我们研究了DPPC(Dipalmitoylphosphatidylcholine)样品的固态和溶液体系，从而对普通固体样品SIMS的离子产额和液体样品的离子产额进行对比。在使用团簇离子(Bi3+或Bi3++)作为分析离子束时，正负离子（包括分子离子峰和特征碎片离子峰）的产额都到达了足够高的水平，且在液体样品测试中，离子束造成的损伤较弱。原因之一是溅射界面液体是动态的有流动性的，破坏的碎片可以及时从溅射界面扩散进衬底液体里，同时完整的DPPC分子又可以及时从衬底液体扩散到溅射表面。另一个原因是Bi3+或Bi3++离子这两种一次离子束具有较高的溅射速率可以及时将溅射损伤移除。除此之外，由于液体环境独特的性质，液体SIMS的实验结果中样品的碎片化更少。因此，即使液体SIMS测试中离子束的剂量(1014-1016 ions/cm2)很高，离子束损伤仍然能够保持在一个足够低的范围。　　在锂离子电池首次充放电过程中，电解液会在电极电解液界面降解形成一层固体-电解质界面膜（Solid-electrolyte-interphase，简称SEI膜）。SEI膜的存在对于锂离子电池的性能有至关重要的作用。深入研究SEI膜的化学成分及结构、形成机理、稳定性等一直都是世界化学界的研究热点。我们利用原位液体SIMS技术对浓度为1.0 M(mol/L)和4.0 M的LiFSI-DME(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide-Dimethoxyethane)电池体系进行研究。结果表明，在初始充电发生化学反应之前，就在电极-电解液界面形成了双电层。双电层的形成影响了电解液中的界面化学环境，从而导致盐的阴离子远离正极表面，形成了一个不含LiF成分的内层SEI膜。在致密的无机内层SEI膜形成后，又形成了一层疏松的有机的外层SEI膜。外层SEI膜具有电解液透过性。SEI膜的主要功能是通过致密的无机物内层实现的，其主要成分为Li2O。Li2O是一种具有Li+透过性且无电子透过性的物质。除此之外，内层SEI膜非常致密，溶剂化的分子和盐的阴离子不能扩散进入，因此它能有效的将锂金属与电解液隔离开。　　制约锂离子电池实际应用的重要因素之一是电极材料的种类，而其电化学反应动力又直接受锂离子扩散能力的影响。锂离子扩散由颗粒尺寸、分布与形貌以及锂离子扩散系数等多种因素影响。对于锂离子扩散系数的研究有利于对现有电极材料的改进和新材料的设计开发。本文中我们通过同位素标记的方法对LiClO4-EC/DMC(Ethylene carbonate Dimethyl carbonate)体系的锂电池模型进行研究，并计算了锂离子电池SEI膜中锂离子的扩散速率。　　本论文运用离子束技术在硫系玻璃、硼酸钇锂、铌酸锂晶体成功制备了光波导结构。制备的光波导结构均支持可见光及近红外波段光的传输，研究同时发现双能量的离子辐照能够加宽波导结构的位垒宽度，从而能更好的限制导波模式的传输。利用原位液体二次离子质谱方法实现了在真空状态下对液体进行的测试，研究了不同的一次离子束及实验条件导致的损伤累积对测试结果的影响，同时研究了锂离子电池固体-电解质界面膜的主要成分及演化过程，计算了锂离子在SEI膜内的扩散速率。研究优化了原位液体二次离子质谱的实验条件，为锂离子电池SEI膜的研究提供了试验基础，同时锂离子扩散速率的研究为进一步提高锂离子电池性能提供了研究基础。