高分辨透射電鏡下多場耦合加載原位實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本論文以原位透射電鏡為手段，對不同維度和尺度的材料的實(shí)驗(yàn)方法與力學(xué)和電學(xué)行為進(jìn)行了研究。通過在透射電鏡中對不同維度材料進(jìn)行原位多場耦合加載，對材料結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系得到了新的認(rèn)知。
　　 結(jié)合非原位和原位手段，探討了體材料的斷裂和形變行為。對于金屬銀斷裂形貌的研究，發(fā)現(xiàn)了一種新的斷裂特征，即韌窩邊緣形成“納米手指”。實(shí)驗(yàn)揭示尺寸效應(yīng)導(dǎo)致的位錯缺乏以及表面效應(yīng)造成的Rayleigh失穩(wěn)是形成該奇特微觀形貌的根本原因。對該納米結(jié)構(gòu)，

2、我們進(jìn)行了原位彎曲和壓痕實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)室溫下形變導(dǎo)致銀納米手指重結(jié)晶和孿生的動態(tài)行為。
　　 利用原位拉伸手段，研究了二維納晶金屬薄膜的斷裂和形變行為。對納晶金屬薄膜的斷裂過程原位實(shí)驗(yàn)研究揭示了原子遷移在其中的重要作用，裂紋擴(kuò)展通過原子臺階的不斷形成和遷移，其驅(qū)動力由裂尖應(yīng)變能提供。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)裂尖鈍化形成的楔形結(jié)構(gòu)由晶粒取向決定，楔角的大小決定了裂紋擴(kuò)展的難易程度。在特定晶界結(jié)構(gòu)下，裂紋會發(fā)生向晶內(nèi)擴(kuò)展的情況。
　　 在對納米

3、金薄膜變形機(jī)制研究中，發(fā)現(xiàn)拉伸過程中形成金納米條帶的變形機(jī)制與晶體取向有密切關(guān)系。<001>方向拉伸過程中，滑移是主要的形變機(jī)制；<110>方向上的拉伸過程中，形變孿晶主導(dǎo)了金納米條帶的塑性形變；<112>方向上的拉伸過程中觀察到了原子臺階沿表面遷移造成的層層剝落方式的斷裂機(jī)制。發(fā)現(xiàn)了金納米結(jié)尺寸造成的FCC到BCT的結(jié)構(gòu)相變，根據(jù)變形加載模式，提出了不同于傳統(tǒng)Bain機(jī)制的模型，并成功用于解釋該相變，揭示FCC小尺寸結(jié)構(gòu)中，最小的滑移

4、矢量可以是傳統(tǒng)認(rèn)為的最小矢量的一半。
　　 合成制備了一維SnO2、TiO2、CuO、SnO2/TiO2及sn@CNT核殼納米結(jié)構(gòu)并對這些一維納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行了原位操縱和研究。利用原子層沉積方法，提出了一種簡單的同質(zhì)或異質(zhì)外延方法，可實(shí)現(xiàn)低溫下制備具有核-殼結(jié)構(gòu)的SnO2/TiO2納米線。發(fā)現(xiàn)當(dāng)金紅石相TiO2外延生長在橫截面為長方形的SnO2納米線(表面由{10-1}與{010}組成)時，形成截面為八邊形的TiO2/SnO2核殼納

5、米線；當(dāng)金紅石相TiO2外延生長在橫截面為八邊形的SnO2納米線(表面由{100}與{110}組成)時，會共形形成八邊形的TiO2/SnO2核殼納米線。原位觀察了SnO2、TiO2和SnO2/ZiO2核殼納米線在電場作用下的斷裂行為，該研究揭示了SnO2和TiO2納米線的在電載荷下的失效機(jī)制，不同的鍵合方式導(dǎo)致了不同的斷裂行為，并提出一種原位生成納米針尖的方法。詳細(xì)研究了熱氧化法下CuO納米線生長過程，對合成的CuO納米線進(jìn)行了原位加熱

6、和輻照研究。得到了Cu-Cu2O-CuO體系間相互轉(zhuǎn)化控制條件，并提出了Cu-Cu2O-CuO體系中納米結(jié)構(gòu)調(diào)制有效方法。結(jié)合原位通電和輻照手段，實(shí)現(xiàn)了雙壁碳納米管的室溫下融合。電子束輻照、焦耳熱和電致遷移作用導(dǎo)致大的空穴團(tuán)簇可以在表面重建時較長時間存在，進(jìn)而大量邊緣原子的懸鍵促進(jìn)了雙壁碳納米管的室溫融合。通過化學(xué)沉積方法制備了Sn@CNTs核殼納米結(jié)構(gòu)，原位地實(shí)現(xiàn)了Sn在CNT中的納米輸運(yùn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，熱梯度力是導(dǎo)致了Sn在CNTs