论文中英文摘要格式作者姓名：郑坤论文题目：原位原子尺度下.DOC

附件2： 论文中英文摘要格式 作者姓名：郑坤 论文题目：原位原子尺度下纳米线室温力学性能与行为的研究材料在纳米尺度表现出许多不同于其体材料的力学性能与行为，纳米尺度材料的力学行为以及应力下结构的演变是当前纳米力学研究的热点问题之一。目前，基于纳米材料(纳米线管/线，薄膜)多种功能器件的设计、组装、集成，特别是可卷曲柔性电子器件的发展，迫切的需要我们了解纳米尺度下材料的力学性能、行为及结构演变。然而，由于纳米材料极小的尺度，如何在原位观测尤其是原子尺度的原位观测下实现对纳米材料单体的操控，进而研究单体纳米材料的行为变化以及原子尺度的结构演变是一个极具挑战性的工作。 本论文利用我们自主创新的多种纳米力学测试方法，以单晶Si纳米线和非晶SiO2纳米线为研究对象，实现了高分辨透射电子显微镜镜中的原位单轴拉伸和弯曲实验，研究了单晶Si和非晶SiO2玻璃在尺度降至100nm以下时的室温力学行为以及在原子尺度上研究了它们在应变下的结构演变过程。具体的研究内容如下： 1.在透射电子显微镜中，利用电子束的辐照诱发破裂的支持膜发生卷曲从而实现对单根Si纳米线的单轴拉伸，我们首次发现单晶Si纳米线能够发生室温下的大应变塑性，并揭示了这种大应变塑性的原子机理。 利用支持膜卷曲的方法，其应变速率改变不大，都在10-4范围内。利用这种方法对9根生长方向为[110]的Si纳米线进行了单轴拉伸实验，实验结果显示Si纳米线在应力应变的作用下，并没有发生脆性的断裂，而都表现出不同程度的塑性变形；塑性形变量与Si纳米线的初始直径相关联，随着纳米线直径的减小，塑性变好。利用高分辨透射电子显微术，我们分析了结构的演变过程，发现Si纳米线在弹塑转变初期的塑性行为是由位错的形核、位错的运动主导的；而当应变继续增大，纳米线发生了局部晶体到非晶体的转变，并且非晶部分发生了径缩行为，致使Si纳米线表现出大的应变塑性。利用原位的能量损失谱和能谱进行了对拉伸过程中的Si纳米线进行了结构和元素成份的分析表明，这种晶体到非晶的结构转变并非由Si纳米线表层氧化层中的氧元素扩散导致的。最后，我们还分析探讨了Si在纳米尺度发生室温塑性的原因。这可能是由于纳米尺度下断裂应力的提高、Si纳米线表面结构的变化以及位错运动速率的变化导致了Si纳米线不同于其体材料的室温力学行为。 2.在透射电子显微镜中，同样利用电子束辐照诱发破裂的支持膜发生卷曲实现了单晶Si纳米线的原位弯曲，利用原位动态高分辨电子显微术研究了Si纳米线弯曲下结构形态的演化，直接在原子尺度上观测到了位错动态过程，包括位错的形核和位错的运动。同时还揭示了不同弯曲阶段中的塑性方式：在弹塑转变的前期(弯曲应变较小的情况下)，位错是主要的塑性事件；而当发生了大角度弯曲变形后，位错的活动无法有效地缓解增大的应变，在局部大的变形下晶格混乱无序，晶体向非晶转变。 同时，我们发展了原子尺度空间分辨率的应变分布的分析方法，揭示了Si纳米线在弯曲下弹塑转变初期的应变分布的变化。我们分别从纳米线的径向和轴向研究了Si纳米线不同时刻的应变分布的变化。从应变的径向分布变化来看，在弹性阶段，应变沿纳米线的径向呈线性分布，应变的中轴线出现在纳米线的中心处；而当纳米线弹性失稳后，应变沿径向不再呈现线性分布，而是出现较大的波动性，并且应变的中轴线明显向拉应变区域偏移。对纳米线轴向上的分布研究也表明在弹性阶段轴向上的应变分布均一，而弹性失稳后，轴向上的应变分布出现较大的波动性，同径向上应变的分布分析一致。从轴向上的应变分布也可以确定纳米线弯曲过程中，在纳米线的压应变区出现屈曲结构。从Si纳米线弯曲变形的结构演变的高分辨分析，在拉压非对称应力状态下，纳米线的拉、压应力区表现出不同的失稳形态，分别在拉应变区的表面出现台阶，而在压应变区出现屈曲结构。 3.利用三种技术手段，原位的研究了SiO2纳米线单轴拉伸下的力学性能与行为。在透射电镜中分别利用电子束辐照诱发支持膜卷曲的方法和双金属拉伸技术实现了SiO2纳米线的原位拉伸，并首次观测到了SiO2在纳米尺度下具有大的拉伸应变塑性，不同于体材料SiO2玻璃的室温脆性性能。由于SiO2这种材料对高能电子束的辐照比较敏感，为了考察这种塑性是否由于电子束辐照引起的，我们利用压电陶瓷拉伸装置在光学显微镜下对单根SiO2纳米线进行了拉伸，也发现了这种室温拉伸塑性，排除了电子束辐照是诱发SiO2非晶纳米线室温塑性的原因。 另外，利用双金属拉伸技术通过改变加热速率，实现了纳米线拉伸的不同加载速率，考察了应变速率对SiO2非晶纳米线的拉伸塑性及断裂行为的影响。研究结果表明随着应变速率的变大，拉伸塑性变差。当应变速率为2.04×10-4S-1时，SiO2纳米线展现出了106%的大应变塑性；而当应变速率增大为5.0×10-3S-1时