SiC納米線力學(xué)性能原位電子顯微學(xué)研究.pdf

1、一維納米材料作為納米器件的基本結(jié)構(gòu)單元,引起了世界各國的廣泛重視。本文針對當(dāng)前國際上一維單體納米材料力學(xué)等性能研究的瓶頸性難題之一,綜合利用現(xiàn)代透射電子顯微學(xué)(TEM)和掃描電子顯微學(xué)(SEM)等研究方法,自主發(fā)展了在納米尺度以及原子尺度原位外場作用下一維納米單體材料的力學(xué)性能與顯微結(jié)構(gòu)間相關(guān)性研究的方法和裝置。研究了單根碳化硅(SiC)納米線微觀結(jié)構(gòu)與彈塑性變形的關(guān)系以及原子機制,論文工作主要取得以下成果： 1.在透射電子顯微

2、鏡中發(fā)展了一種在原子尺度集現(xiàn)代電子顯微學(xué)原位表征與納米單體力學(xué)性能研究于一體的新方法。通過改進普通透射電鏡載網(wǎng),在載網(wǎng)上沉積60-100nm厚的納米線支持膜,利用透射電鏡電子束對支持膜的輻照變形實現(xiàn)對單根納米線的操縱,成功實現(xiàn)了在場發(fā)射高分辨透射電子顯微鏡中對單根納米線力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)相關(guān)性原位動態(tài)研究。在掃描電子顯微鏡中設(shè)計并制造了熱雙金屬片驅(qū)動的原位納米線拉伸臺,通過溫度控制雙金屬片的運動,實現(xiàn)了對單根納米線的單軸拉伸以及斷裂實驗。這

3、些方法的發(fā)展,為單體納米材料的動態(tài)力學(xué)行為與顯微結(jié)構(gòu)、成分信息間關(guān)系等原位一體化研究提供了新途徑。 2.利用發(fā)展的原位高分辨透射電鏡單根納米線操縱技術(shù),通過對單根SiC納米線的連續(xù)彎曲變形,首次發(fā)現(xiàn)了SiC納米線在室溫下具有大應(yīng)變塑性變形特征。原位動態(tài)研究結(jié)果表明大應(yīng)變塑性變形是通過晶格彎曲、位錯形核和增殖、非晶化以及非晶SiC的伸長等微結(jié)構(gòu)演變而產(chǎn)生。 3.利用掃描電鏡原位納米拉伸臺對單根SiC納米線進行了單軸拉伸實驗

4、,直接從實驗上觀察到了單根SiC納米線的平均斷裂應(yīng)變超過20％,局部區(qū)域發(fā)生了超過200％的超塑性變形,研究認為SiC納米線塑性屈服首先發(fā)生在具有面心立方結(jié)構(gòu)(3C)區(qū)域。 4.利用發(fā)展的透射電鏡單根納米線原位操縱技術(shù),實現(xiàn)了對單根SiC納米線大撓度彎曲變形,發(fā)現(xiàn)了本征脆性陶瓷SiC,在一維納米尺度具有超彈性的性質(zhì),最大彈性應(yīng)變達到3.5％,與體材料相比提高一個數(shù)量級,表明SiC納米線具有較高的斷裂韌度和彎曲強度。原位透射電鏡熱