外力作用下单晶纳米颗粒的动态结构表征

摘要

本论文基于原位透射电子显微技术，研究了金属和碳洋葱纳米颗粒在外力作用下的动态结构演化过程和质量迁移机制。主要内容包括：
　　1.利用碳洋葱的自收缩效应对金属纳米颗粒施加压应力，研究了单晶纳米颗粒在外力作用下的结构变形过程。通过原位透射电子显微镜的实时观察发现：对于包覆于碳洋葱中的Au纳米颗粒，即使其尺寸只有3.5nm，外加压应力作用仍然会致使其产生孪晶结构；而对于层错能较高的Pt纳米颗粒，孪晶现象也仍可发生。该孪晶结构产生的原因主要是由于碳洋葱在其上产生了GPa量级的压应力作用，突破了其势垒的限制。
　　2.研究了包覆于碳洋葱中的金属纳米颗粒在外场作用下的质量迁移过程。本部分以碳洋葱包覆Au、Pt核壳结构作为研究对象，在电子束辐照和原位热场作用下，观察了Au、Pt纳米颗粒的质量迁移过程。实验结果表明：包覆于碳洋葱结构内部的金属颗粒在持续电子辐照的作用下，发生质量迁移，并最终突破碳洋葱层。该过程与温度、电子束辐照剂量、碳洋葱厚度以及金属颗粒尺寸等因素相关。另外，金属的质量迁移过程主要是通过碳洋葱层的“开-合”机制实现--由于电子束的辐照，碳洋葱中不断出现缺陷，而这些缺陷又可以在热作用下迁移或者修复，为金属原子的扩散提供了通道。
　　3.研究了碳洋葱在外力作用下的力学性能。通过原位操纵探针对碳洋葱直接施加外加应力，原位观察碳洋葱的结构演化过程。结果表明：碳洋葱在反复的压应力和拉应力作用后，结构基本保持稳定，呈现出良好的柔韧性。同时，碳洋葱结构在经过多次挤压和拉伸作用下出现机械退火效应，结构会更加有序完整。