纳米科学论文提纲

2022-11-15

论文题目：电子束辐照非热诱导纳米线纳米不稳定性及相关物理问题研究

摘要：当今纳米科学技术的研究背景要求我们不仅要从纳米空间尺度（极小空间限制）,而且还要从纳、皮、飞秒时间尺度（超快时间限制）去揭示材料的结构和性能。在现有文献中,已经有了关于电子束辐照下晶态Si纳米线、ZnO纳米线、金属纳米线的结构转变和彼此间焊接等交互作用,以及电子束辐照辅助下,通过外部作用力实现SiO2、Li2O、Si纳米线的塑性伸长或弯曲变形等零散、不系统的文献报道。尽管如此,它们并没有从非平衡、极度局域和超快角度对高能电子束辐照下纳米线的结构不稳定性转变和相关物理问题进行系统性研究。因此,对纳米线结构不稳定性转变起关键作用的纳尺寸效应（或表面纳米曲率效应）以及电子束超快过程效应（或电子束非热激活效应）的纳米科学本质问题还没有被揭示。鉴于此,本论文采用场发射TEM中高能电子束原位辐照,从非平衡、极度局域和超快角度系统深入地研究了室温下非晶SiOx纳米线、Au纳米颗粒修饰的SiOx（Au@SiOx）纳米线以及单晶Si纳米线的结构不稳定性转变及相关物理问题。研究结果可以归纳为以下三部分:第一部分,研究了非晶SiOx纳米线的结构不稳定性。首先,研究了三种不同典型形貌SiOx纳米线的稳定性差异,提出了原子非热“融蒸”和“扩散”两种主要输运方式,并且发现原子的“融蒸”具有选择优先性,“扩散”具有方向性;其次,研究了不同辐照电流密度下SiOx纳米线的稳定性差异,发现低电流密度下原子“扩散”是主要的输运方式,高电流密度下原子“融蒸”是主要的输运方式;再次,研究了 SiOx纳米线的局域弯曲变形,以及均匀塑性伸长和加速径向收缩,分别为SiOx纳米线的表面纳米曲率效应和电子束的非热激活软模效应提供了直接实验证据;最后,研究了两根SiOx纳米线间的焊接交互作用,揭示了 SiOx纳米线焊接的过程细节以及纳米线间原子的“扩散”机制。第二部分,研究了晶态Au纳米颗粒对非晶SiOx纳米线的钝化作用。研究发现了,当SiOx纳米线表面修饰了 Au纳米颗粒之后,SiOx纳米线的均匀伸长、加速径向收缩、颈缩和切割等结构转变都变得相对缓慢,甚至“s”型弯曲变形等还受到了完全抑制,表现出显著的钝化作用。同时,SiOx纳米线原子的主要输运方式如“扩散”、“融蒸”和塑性流变等及其对纳米线结构转变的贡献也会发生变化。通过分析Au纳米颗粒和SiOx纳米线在表面纳米曲率效应和电子束非热激活效应的差异,对Au纳米颗粒的钝化作用进行了合理解释。第三部分,研究了单晶Si纳米线的结构不稳定性。研究发现了,在聚焦电子束辐照下,辐照区域内纳米线出现了一系列新奇的纳米现象,比如Si纳米线表面的优先完全非晶化和a-C/a-Si/c-Si（非晶碳/非晶硅/多晶硅）局域同轴电缆结构的形成。同时,在纳米线中心的非晶化显得不均匀和更加困难,它伴随着晶粒的旋转和晶面间距的压缩。而且,研究发现还揭示了 Si纳米线和Si薄膜在聚焦电子束辐照下非晶化行为的区别。上述高能电子束辐照下SiOx、Au@SiOx、Si纳米线的结构不稳定性转变及相关物理问题研究具有十分重要的现实指导意义,它为新一代SiOx和Si基纳米线器件的性能稳定、结构制造和纳米加工提供了一定的参考。更为重要的是,上述研究结果还具有十分重要的科学研究意义,它揭示了现有文献中经常忽略的表面纳米曲率效应和电子束非热激活效应的纳米科学本质问题,进一步证实了表面纳米曲率效应和电子束非热激活效应新概念具有很强的普适性,能够用来统一预言和解释高能电子束超快辐照下各种低维纳米结构的不稳定性转变和纳米加工。

关键词：纳米线;结构不稳定性;电子束辐照;表面纳米曲率效应;电子束非热激活效应

学科专业：凝聚态物理

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究目标和内容

1.3 研究的创新之处

1.4 论文的基本框架

参考文献

第二章实验设备及方法

2.1 引言