纳米材料的辐照效应研究
在物理学研究中,辐照及辐照响应表示高能粒子或波在介质或空间中穿行过程以及引起的一些物理现象。这些高能粒子或各种类型的射线束,可以以原子离位、电离或辐照分解的形式影响材料的结构和器件的性能。对应纳米结构的材料而言,由于尺寸效应,纳米材料的辐照效应更为显著。
离子注入纳米材料研究
我们研究了碳纳米管中的载能Si离子辐照对其结构经过1×10 16 /cm2 剂量的载能Si离子辐照后,碳纳米管尖端的外壁被损坏,可以看到弯曲无序的石墨结构,而内壁一直保持完好有序的石墨层结构。将Si离子的辐照剂量增加到5×10 16/cm2,碳纳米管尖端的内壁也被损坏,管结构坍塌,碳纳米管尖端变成非晶的SiC纳米线,如图1所示。这种方法可以用来制备异质结纳米线。
无机纳米材料的电子束辐照分解研究
我们与美国麻省理工学院MIT的陈刚教授研究组合作,在电子束辐照下研究了Na2SO4纳米线结构的不稳定性。在持续的电子束辐照下,一系列有趣的结构演化可以在TEM下观测到。图2所示为200kV加速电压、束密度为10 PA/cm2的电子束作用在样品表面不同的时间时,Na2SO4纳米线的结构变化过程。最初阶段,聚焦电子辐照(大约30s)在单根纳米线上产生大量小气泡(图2a);在持续均匀辐照2到6分钟中,气泡扩大、合并、长大,在这个过程中,纳米线的核心发现有熔化的材料流动的现象(图2b-c);在8分钟的辐照后,纳米结构的外壳的某处由于内部压力而破裂,纳米线中的气体和熔化的部分开始挥发(图2d-e);经过15分钟的辐照后形成纳米管结构(图2f)。
参考文献
1. Peng-Cheng Sun, Jian-Hua Deng, Guo-An Cheng, Rui-Ting Zheng, and Zhao-Xia Ping, Enhanced Electron Field Emission from Carbon Nanotubes Irradiated by Energetic C Ions, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol.12, 6510-6512, 2012
2. Huaping Liu, Guo-An Cheng, Changlin Liang and Ruiting Zheng,Fabrication of silicon carbide nanowires/carbon nanotubes heterojunction arrays by high-flux Si ion implantation,Nanotechnology,2008,Vol. 19 245606.
3. Ruiting Zheng, Jinwei Gao, Tengfei Yang, Yucheng Lan, Guoan Cheng, Dezhi Wang, Zhifeng Ren and Gang Chen. Inorganic Chemistry 2010 49 (14), 6748-6754