WS2纳米管和碳纳米管的辐照性能研究

摘要

由于WS2纳米材料具有比传统块状WS2材料更加优秀的性能,因此具有广泛的应用领域。如WS2纳米管在真空环境下具有优良的润滑性能,适合用于太空工作环境下的卫星、飞行器上需要润滑的器件。因此研究WS2纳米管在太空中受到各种射线和粒子的辐照表现就变得非常重要。
　　本文主要研究了伽马射线、电子、离子对WS2纳米管/粉末辐照影响,同时研究了碳纳米管的辐照变化,比较WS2纳米管和碳纳米管的抗辐照能力。
　　对WS2纳米管/粉末、碳纳米管进行伽马辐照,辐照剂量为200kGy、2MGy。研究发现:伽马辐照对碳纳米管的影响比较明显。随着辐照剂量的增加,碳纳米管经历了破坏-破坏饱和-恢复的过程。而WS2纳米管几乎没有受到γ辐照的影响,WS2粉末辐照后结晶度变好。WS2纳米管的抗伽马辐照能力比碳纳米管强。
　　对WS2纳米管/粉末、碳纳米管进行电子辐照,WS2纳米管在电子束辐照下从外层向内层破坏,离位原子通过溅射或是沿层间和中心孔洞扩散离开辐照区域。纳米管越细抗辐照稳定性越差,当管的中心孔洞闭合后,管的稳定性迅速上升。不对称辐照可以使管发生弯曲,对两根WS2纳米管的交叉处辐照,可以实现WS2纳米管的焊接。此外,电子束辐照可以使WS2纳米管向多晶结构转变,表面悬挂键增多。碳纳米管在电子束辐照下首先中心孔洞闭合再收缩,表面出现碳洋葱结构。WS2纳米管的抗电子辐照能力比碳纳米管强。电子束对WS2粉末的破坏是一个溅射事件主导的WS2片层结构逐层剥离的过程。
　　对WS2纳米管/粉末进行离子辐照,辐照剂量为1015,1016,1017ions/cm2。离子辐照对WS2纳米管的影响是非常显著的。随着辐照剂量的增加,WS2纳米管外层覆盖的溅射层加厚,纳米管的破坏越严重。离子辐照能提供足够的能量使WS2与环境中的氧发生反应生成WO3,且随着辐照剂量的增加,WO3的含量也随之增加。与电子辐照类似,离子辐照也能使WS2纳米管边缘部分产生许多带有悬挂键的原子,使纳米管表面活性增加。WS2粉末在高剂量辐照下,由于离子溅射效应,表面形成一个凹坑。

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第一章 绪 论

1.1 纳米材料

1.2 碳纳米管

1.3 WS2纳米管

1.4 纳米材料的辐照

1.5 课题研究的意义和主要内容

第二章 辐照实验方法与材料的结构表征

2.1 射线的种类与物质的相互作用

2.2 测量表征方法

第三章 CNTs及WS2纳米管/粉末的γ辐照研究

3.1 CNTs和 WS2纳米管 γ辐照前后 XRD结果

3.2 CNTs和 WS2纳米管 γ辐照前后拉曼结果

3.3 CNTs和 WS2纳米管 γ辐照前后 XPS结果

3.4 CNTs和 WS2纳米管 γ辐照机理分析

3.5 WS2粉末的 γ辐照研究

3.6 本章小结

第四章 CNTs及WS2纳米管/粉末的电子辐照研究

4.1 电流密度对 WS2纳米管电子辐照的影响

4.2 WS2纳米管 200keV电子辐照研究

4.3 碳纳米管和 WS2纳米管电子辐照比较

4.4 WS2粉末的电子辐照研究

4.5 WS2纳米管 100keV电子辐照研究

4.6 本章小结

第五章 WS2纳米管/粉末离子辐照研究

5.1 WS2纳米管离子辐照研究

5.2 WS2粉末的离子辐照研究

5.3 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

申请发明专利

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