原位透射電鏡電子束輻照誘導SWCNT結構不穩(wěn)定性研究.pdf

1、在當前納米科學研究背景下，材料基礎科學前沿已不僅開始在納米尺寸(極度尺寸局域限制)，而且開始在納、皮、飛秒時間尺度(極度超快時間限制)上揭示材料結構和性能。尤其是系統(tǒng)研究能量束與相關低維納米材料非平衡、極度局域和超快相互作用，不僅可以為當前的納米材料加工工藝提供關鍵的參考和指導，更重要的是，可以揭示與低維納米結構納米曲率相關的“納尺寸”效應和與超快能量束非熱激活相關的“納時間”效應的納米科學本質問題。 為此，我們在前人能量束誘導

2、硅鍺材料中納米孔結構不穩(wěn)定性的研究基礎上，選取SWCNT作為輻照研究對象，采用我們自行發(fā)展的一套研究高能電子束與相關低維納米材料交互作用的研究方法，重新考察了三組不同形態(tài)SWCNTs的結構不穩(wěn)定性：(1)一端固定一端自由的SWCNT；(2)兩端固定的SWCNT；(3)同一觀察視場中軸向彎曲與軸向平直的SWCNT。實驗結果表明，在相同條件的電子束輻照下，一端固定一端自由的SWCNT以快速軸向收縮減少其表面能，而徑向收縮和頸縮相對慢得多；兩

3、端固定的SWCNT表現(xiàn)為明顯的徑向收縮和頸縮；而對于同一觀察視場中軸向彎曲與軸向平直SWCNTs不穩(wěn)定性的比較，實驗結果表明軸向彎曲的SWCNT更不穩(wěn)定，并易于軸向收縮，而軸向平直SWCNT僅能靠徑向收縮來減少其表面能。此外，我們在兩端固定SWCNT的頸縮過程中還首次觀察到了電子束非熱激活誘導引起SWCNT表面塑性流變或濕潤效應的直接實驗證據(jù)。整體實驗表明，SWCNT納米曲率效應和電子束非熱激活對SWCNTs結構不穩(wěn)定性起著關鍵影響。

4、 從以上SWCNT納米曲率效應和電子束非熱激活效應引起的SWCNT結構不穩(wěn)定性的實驗現(xiàn)象出發(fā)，我們進一步從廣義的低維納米結構納米曲率效應和超快能量束誘導“點陣”失穩(wěn)和“聲子”軟模效應對SWCNT在高能電子束非熱激活輻照下的結構不穩(wěn)定性進行了深入分析討論和模擬，并給出了全新、全面、正確的解釋。這種以“納尺寸”和“納時間”效應對SWCNT結構不穩(wěn)定性的分析從根本上克服了傳統(tǒng)knock-on機制在解釋低維納米結構內稟不穩(wěn)定性和能量束與低