原位电子束辐照诱导Au修饰SiOx纳米线的结构不稳定性研究

摘要

当今纳米科学技术研究背景要求我们不仅要从纳米尺度（极小空间限制或“纳尺寸”效应），而且要从纳、皮、飞秒时间尺度（超快时间限制或“纳时间”效应）去揭示材料的结构和性能。但在现有文献中，除朱贤方等对电子束和离子束辐照下硅中纳米孔以及电子束辐照下碳纳米管及SiOx纳米线的结构不稳定性进行较系统研究外，目前我们尚未发现有人从非平衡、极度局域和超快角度对电子束辐照下金属纳米颗粒修饰的纳米线的结构不稳定性进行系统研究。
　　 为此，本论文利用我们发展成熟的透射电镜原位观察技术，进一步系统深入地研究了高能电子束非平衡、极度局域和超快辐照对Au修饰SiOx纳米线以及SiOx纳米线结构不稳定性的影响。
　　 首先，我们设计了三组不同大小束斑的电子束从全域辐照、局域中央辐照和局域边缘辐照的不同角度对Au修饰SiOx纳米线以及SiOx纳米线进行实验。实验发现，全域辐照时，两端固定且轴向平直的Au修饰SiOx纳米线和SiOx纳米线均发生径向收缩，但由于Au纳米颗粒的钝化作用，Au修饰SiOx纳米线的径向收缩速率比SiOx纳米线慢;局域中央辐照时，单根两端固定且轴向平直的SiOx纳米线出现软化、瞬态塑性流变伸长和相应的“s”型结构转变，而同样由于Au纳米颗粒的钝化作用，Au修饰的SiOx纳米线则没有这些变化;局域边缘辐照时，Au修饰的SiOx纳米线颈缩处收缩速率同样比SiOx纳米线慢。我们利用纳米曲率效应和电子束非热激活效应诱导的电子束“融蒸”和“扩散”机制以及Au纳米颗粒的钝化作用对上述实验现象进行了解释。
　　 其次，我们考察了电子束辐照下SiOx纳米线上Au纳米颗粒的变化情况。实验发现，在电子束辐照过程中，SiOx纳米线上的Au纳米颗粒发生长大的现象。研究表明，其主要通过两种方式长大:其一是不临近的Au纳米颗粒之间，其原子通过SiOx纳米线进行扩散，从而长大;而对于相互临近的Au纳米颗粒之间则通过合并的方式长大。对于Au纳米颗粒的长大现象，我们认为可以利用纳米曲率效应及电子束非热激活效应诱导的“扩散”纳米熟化进行解释。
　　 上述高能超快电子束辐照下Au修饰SiOx纳米线以及SiOx纳米线的结构不稳定性研究具有十分重要的技术指导意义，它明确指出了进行适当金属纳米颗粒修饰可以改善纳米线的结构不稳定性及其纳米加工。更重要的是，上述研究结果还具有十分重要的科学研究意义，它直接揭示了现有文献中经常忽略的表面纳米曲率效应和能量束超快诱导“声子”软模和“点阵”失稳纳米科学本质问题，进一步证实了表面纳米曲率效应和能量束超快诱导“声子”软模和“点阵”失稳概念具有很强的普适性，能够用来统一预言和解释能量束超快辐照下各种低维纳米结构的不稳定性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 本论文的主要内容

1．3 本论文的基本框架

参考文献

第二章 样品制备及TEM原位辐照实验方法

2．1 引言

2．2 Au修饰SiOx纳米线样品的制备和表征

2．2．1 SiOx纳米线制备和表征

2．3．2 Au纳米粒子修饰SiOx纳米线和表征

2．3 TEM原位辐照实验方法

2．3．1 Tecna i F30场发射透射电子显微镜

2．3．2 TEM原位辐照实验方法

参考文献

第三章 电子束辐照诱导Au修饰SiOx纳米线结构不稳定性

3．1 引言

3．2 电子束辐照下Au修饰SiOx纳米线的结构不稳定性

3．2．1 全域电子束辐照下Au修饰SiOx纳米线结构不稳定性

3．2．2 局域(中央)聚焦电子束辐照下Au修饰SiOx纳米线结构不稳定性

3．2．3 局域(边缘)聚焦电子束辐照下Au修饰SiOx纳米线结构不稳定性

3．2．4 实验小结

3．3 原位电子束辐照下SiOx纳米线上Au纳米颗粒的变化

3．3．1 低分辨电子束辐照下SiOx纳米线上Au纳米颗粒的变化

3．3．2 高分辨电子束辐照下SiOx纳米线上Au纳米颗粒的变化

3．3．3 实验小结

3．4 本章总结

参考文献

第四章 电子束辐照诱导纳米线结构不稳定性机理

4．1 引言

4．2 表面纳米曲率效应

4．3 电子束非热激活效应

4．4 Au纳米颗粒的钝化作用

4．5 电子束辐照诱导纳米线不稳定性机理解释

4．6 小结

参考文献

第五章 结论和展望

致谢

附录：硕士期间的研究成果