作者:百檢網(wǎng) 時間:2022-08-01 來源:互聯(lián)網(wǎng)
近日,鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院先進陶瓷課題組在國際**期刊《Carbon》(IF=9.594)發(fā)表題為“In-situ TEM observations of the structural stability in carbon nanotubes, nanodiamonds and carbon nano-onions under electron irradiation”的原創(chuàng)性研究論文。劉雯老師為論文通訊作者,碩士研究生林兆昀為論文**作者,鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院為論文**作者單位和通訊單位。
近年來,隨著納米結(jié)構(gòu)在提高抗輻照性能方面逐漸展現(xiàn)出潛力,越來越多的研究者希望通過在現(xiàn)有候選核材料中添加碳納米材料,使新材料在獲得改善的抗輻照性能的同時具有優(yōu)異的綜合性能。研究團隊采用原位透射電子顯微鏡(In–situ TEM)研究了游離態(tài)的1D多壁碳納米管(MWCNT),0D納米金剛石(ND)和納米洋蔥碳(CNO)等幾種納米碳材料的抗電子輻照性能。從形貌、固有缺陷和sp2–sp3雜化三個關(guān)鍵因素入手,深入探討納米碳材料輻照損傷機理。通過HRTEM的研究發(fā)現(xiàn)不同碳結(jié)構(gòu)在電子輻照下具有相似的缺陷類型,但卻表現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。與直徑10~30 nm、長徑比200~2000的MWCNT相比,在高劑量(2.698 × 1025 e/cm2)和高電流密度(1.66 × 103 A/cm2和3.79 × 103 A/cm2)作用下,平均直徑為10 nm的ND和CNO具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。固有缺陷的影響方面,通過比較多缺陷和少缺陷的CNO和CNT發(fā)現(xiàn),材料中固有缺陷的存在導(dǎo)致納米碳材料在較低的劑量下就表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的衰退。
進一步比較sp3結(jié)構(gòu)的ND和sp2結(jié)構(gòu)的CNO發(fā)現(xiàn),sp3結(jié)構(gòu)在電子輻照下會向sp2結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,而sp2結(jié)構(gòu)本身則具有更好的穩(wěn)定性。此外,缺陷的遷移方向可以通過是否內(nèi)部空腔改變,這是由納米碳結(jié)構(gòu)中的輻照誘導(dǎo)壓力所引起的。本研究建立了納米碳結(jié)構(gòu)材料抗輻照性的評判標(biāo)準(zhǔn),為輻照環(huán)境下含碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能器件的研制提供了合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程指導(dǎo)。該項工作得到了國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目和中國博士后科學(xué)基金經(jīng)費的支持。
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