高分辨透射電鏡下多場(chǎng)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(duì)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(guò)在透射電鏡中對(duì)不同維度材料進(jìn)行原位多場(chǎng)耦合加載，對(duì)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(duì)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(cuò)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(duì)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(dòng)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(duì)納晶金屬薄膜的斷裂過(guò)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(guò)原子臺(tái)階的不斷形成和遷移，其驅(qū)動(dòng)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(huì)發(fā)生向晶內(nèi)擴(kuò)展的情況。
　　 在對(duì)納米

3、金薄膜變形機(jī)制研究中，發(fā)現(xiàn)拉伸過(guò)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(guò)程中，滑移是主要的形變機(jī)制；<110>方向上的拉伸過(guò)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(guò)程中觀察到了原子臺(tái)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(duì)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(jiǎn)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(zhǎng)在橫截面為長(zhǎng)方形的SnO2納米線(表面由{10-1}與{010}組成)時(shí)，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(zhǎng)在橫截面為八邊形的SnO2納米線(表面由{100}與{110}組成)時(shí)，會(huì)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(chǎng)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(zhǎng)過(guò)程，對(duì)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(shí)較長(zhǎng)時(shí)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(guò)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