原位观察电子束辐照下双壁碳纳米管的不稳定性(7508Kb).PDF

2012 年 第57 卷 第 18 期：1692 ~ 1696 《中国科学》杂志社 论 文 SCIENCE CHINA PRESS 原位观察电子束辐照下双壁碳纳米管的不稳定性 ①② ①②③* ①② 公会敏 , 朱贤方 , 李论雄 ① 厦门大学物理系, 厦门 361005; ② 厦门大学中国-澳大利亚功能纳米材料联合实验室, 厦门 361005; ③ ARC Centre of Excellence for Functional Nanomaterials , University of Queensland, St Lucia, Brisbane, Queensland 4072, Australia * 联系人, E-mail: zhux@ 2011-11-21 收稿, 2012-04-11 接受 国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划(2007CB936603)、教育部高等学校博士学科点专项科研基金(20100121110023) 和国家科技计划国际科技合作与交流专项(2008DFA51230)资助 摘要 室温下利用高分辨透射电子显微镜原位观察了两端固定和一端固定、另一端自由 关键词 的双壁碳纳米管在电子束辐照下的结构不稳定性. 实验发现, 在相同辐照条件下, 两端 双壁碳纳米管 固定的双壁碳纳米管首先径向持续均匀收缩, 然后局部颈缩, 最后在颈缩处断裂; 一端 电子束辐照非热激活 固定、另一端自由的双壁碳纳米管轴向长度持续快速缩小, 而径向收缩相对缓慢. 我们 结构不稳定性 表面纳米曲率效应 利用最近提出的表面纳米曲率效应和能量束诱导非热激活效应基础上新发展的碳原子 融蒸和扩散 “融蒸”和“扩散”机制, 对上述电子束辐照下双壁碳纳米管结构不稳定现象进行了全新、 合理的解释. 作为新型一维纳米材料, 碳纳米管于 1991 年发 (double-walled carbon nanotube, DWCNT)作为研究多 现之初就被认为是碳家族中最具有发展前景的成员 壁碳纳米管最简单和理想的模型得到高度重视. [1] [2~6] 之一 , 然而碳管的一些自身特性却不利于其广泛的 在现有的电子束辐照诱导碳纳米管结构变化 [3,5] 应用. 为解决这一问题, 人们采取了一系列改进措施, 的研究中, Krasheninnikov 等人 利用电子束辐照诱 [6] 其中, 电子束辐照是目前最有效的碳纳米管改性方 导MWCNT 结构变化, Nie 等人 利用电子束辐照发 法之一, 但同时电子束辐照在一定程度上也可能会 现 DWCNT 在室温下合并. 人们通常借用传统的 破坏碳管的完整结构, 导致碳纳米管表面形貌发生 knock-on