原位观察电子束辐照下双壁碳纳米管的不稳定性

室温下利用高分辨透射电子显微镜原位观察了两端固定和一端固定、另一端自由的双壁碳纳米管在电子束辐照下的结构不稳定性.实验发现,在相同辐照条件下,两端固定的双壁碳纳米管首先径向持续均匀收缩,然后局部颈缩,最后在颈缩处断裂;一端固定、另一端自由的双壁碳纳米管轴向长度持续快速缩小,而径向收缩相对缓慢.我们利用最近提出的表面纳米曲率效应和能量束诱导非热激活效应基础上新发展的碳原子"融蒸"和"扩散"机制,对上述电子束辐照下双壁碳纳米管结构不稳定现象进行了全新、合理的解释.     

图案化金属铜膜的SIAD法自组装制备

利用新发展的小入射角沉积(SIAD)技术在玻璃衬底上自组装制备了图案化金属铜膜.利用金相显微镜(MM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)/选区电子衍射(SAED)/能量弥散X射线光谱仪(EDX)以及X射线衍射仪(XRD)等技术对所制备的图案化金属铜膜进行了表征.通过分析对比SIAD和垂直入射沉积(NID)铜沉积物的形貌和结构差异,揭示了图案化金属铜膜的形成机理.     

电子束辐照下单壁碳纳米管的结构不稳定性

利用透射电镜（TEM）原位观察了一端固定一端自由和两端固定的单壁碳纳米管（SWNT（s））在电子束辐照下的结构不稳定性。研究发现,一端固定一端自由的SWNT优先轴向和径向收缩后颈缩,最后形成一个个碳笼紧密相连的收缩结构（“碳笼-碳笼”结构）;两端固定的SWNT仅径向收缩后颈缩,最后形成许多碳笼相连的类似结构。此外,后者在电子束辐照下断开后又会重新粘合起来,表现出很强的表面塑性流变或湿润效应。这些电子束辐照诱导SWNTs非热激活结构不稳定性现象可以用我们最近提出的表面纳米曲率效应和能量束超快诱导软模和点阵失稳进行全新、全面、正确的解释。     

CVD制备SiOx纳米线的各个生长阶段的直接实验证据

在纳米线的制备中, 气-液-固(VLS)生长机制得到了人们的广泛认可, 但该机制的很多细节还停留在模型阶段. 依托实验室自行设计的一台生长条件高度可控的高温化学气相沉积(CVD)系统, 采用较为简便的方法, 直接在Si片衬底上制备出了SiO_x纳米线. 通过严格控制实验参数, 用离位观测捕捉到了纳米线的催化、形核和长大的一系列过程及其相关细节, 并发现纳米线从细到粗的气-液-固(VLS)生长机制. 讨论了气-液-固(VLS)机制中气态Si原子的来源以及纳米线的催化、形核和长大过程中的纳米曲率效应和“纳米熟化”现象, 取得了对SiO_x纳米线VLS催化生长机制的理解的突破.     

聚焦电子束诱导碳沉积实现纳米线表面可控修饰

作为一种典型的准一维纳米材料,纳米线具有纳米材料所特有的小尺寸效应或纳米曲率效应,经表面修饰的纳米线一般具有不同于普通纳米线的特殊性质.利用实验室发展成熟的透射电子显微镜原位辐照技术,以透射电子显微镜中残留的有机气体分子为前驱体,成功地在纳米线表面可控沉积了非晶碳纳米颗粒和碳纳米棒,以及局域凸起的非晶碳膜并形成局域肿大的同轴结构.实验结果表明,该方法能够方便地通过控制聚焦电子束的束斑尺寸、辐照方式、辐照时间以及辐照位置等参数,在纳米线表面精确可控地沉积各种非晶碳纳米结构,从而实现纳米线的表面可控修饰.对聚焦电子束辐照下基于纳米线的各种碳纳米结构的可能沉积机理作了进一步地探索,并针对透射电子显微镜中如何减少因电子束辐照诱导非晶碳沉积造成的样品污染提出了几点建议.     

聚焦电子束诱导SiO_x纳米线表面碳沉积的分形生长

电子束诱导沉积技术已被证实可以实现各种材料的分形生长,但是目前尚未发现聚焦电子束辐照下低维纳米结构表面未受辐照位置的分形生长现象,造成了聚焦电子束诱导分形生长机理研究的空白与片面性.以透射电子显微镜中残留的有机气体分子为前驱体,室温下利用高能聚焦电子束辐照,研究了一维非晶SiOx纳米线表面未受辐照位置碳沉积的分形生长.利用高分辨透射电子显微镜对SiOx纳米线表面非晶碳的沉积过程进行原位观察,发现了SiOx纳米线表面未受辐照位置非晶碳的不均匀沉积及分形生长,并捕捉到了碳沉积分形生长过程的细节.同时对聚焦电子束诱导SiOx纳米线表面未受辐照位置非晶碳的不均匀沉积及分形生长机理进行了深入的探索.