碳納米管離子束改性及其轟擊缺陷的熱處理恢復(fù)研究.pdf

1、近來,碳納米管(Carbon Nanotube,CNT)憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及優(yōu)異的性能,得到廣泛的研究與關(guān)注。碳納米管優(yōu)良的機(jī)械性能以及大長(zhǎng)徑比,被認(rèn)為是理想的掃描探針顯微鏡(Scanning Probe Microscope,SPM)新型探針材料。但目前為止,碳納米管用作SPM探針的研究中,不論制備還是應(yīng)用均存在許多技術(shù)難題。聚焦離子束(Focused Ion Beam,FIB)轟擊技術(shù)能夠高精度的實(shí)現(xiàn)碳納米管探針的方向調(diào)控,但是在對(duì)碳

2、納米管調(diào)向的過程中將不可避免的對(duì)其造成附加損傷,引入結(jié)構(gòu)缺陷。如何實(shí)現(xiàn)碳納米管探針的角度和長(zhǎng)度的精準(zhǔn)控制,且在調(diào)控過程中盡量減小二次損傷引入,已經(jīng)成為亟待解決的難題。本文旨在系統(tǒng)研究聚焦Ga+離子束不同轟擊參數(shù)對(duì)CNT的結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律,研究退火熱處理方法對(duì)離子轟擊后碳納米管缺陷的修復(fù)及其機(jī)理的探索,為碳納米管探針的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供重要的技術(shù)支撐。
　　本文通過拉曼光譜(激發(fā)波長(zhǎng)為785nm)和HRTEM對(duì)不同參數(shù)下聚焦Ga+離子

3、束轟擊過的碳納米管的性能、顯微結(jié)構(gòu)等進(jìn)行表征,研究發(fā)現(xiàn),聚焦Ga+離子束的加速電壓將直接影響單壁碳納米管內(nèi)產(chǎn)生的缺陷類型,加速電壓越大(如30kV),缺陷越復(fù)雜,越容易產(chǎn)生無定形碳等嚴(yán)重缺陷;加速電壓小時(shí)(如5kV),缺陷則會(huì)以空位、間隙原子的形式為主,有利于后續(xù)缺陷修復(fù)研究;而離子的轟擊劑量則主要會(huì)影響單壁碳納米管內(nèi)的缺陷的數(shù)量。另外,研究發(fā)現(xiàn),電子顯微成像過程中電子束對(duì)碳納米管的照射,將會(huì)沉積一薄層無定形碳,影響碳納米管的拉曼表征結(jié)

4、果。
　　系統(tǒng)研究退火熱處理對(duì)離子轟擊后的碳納米管缺陷的修復(fù)效果和規(guī)律。針對(duì)10kV-50pA的FIB轟擊參數(shù)下單壁碳納米管的轟擊缺陷,進(jìn)行了300℃、450℃和600℃的熱處理修復(fù)實(shí)驗(yàn)。研究表明,退火熱處理能夠促進(jìn)單壁碳納米管的管內(nèi)及管與管間化學(xué)鍵的重組,使碳納米管的結(jié)構(gòu)不同程度上達(dá)成新的穩(wěn)定狀態(tài),減少FIB轟擊引入的點(diǎn)缺陷等;而且在300℃~600℃溫度范圍內(nèi),退火溫度越高,缺陷的恢復(fù)效果越好。另外,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),一定能量范圍內(nèi)的