碳納米管離子束改性及其轟擊缺陷的熱處理恢復(fù)研究

1、 碳納米管離子束改性及其轟擊缺陷的熱處 碳納米管離子束改性及其轟擊缺陷的熱處理恢復(fù)研究 理恢復(fù)研究 The Study of Carbon Nanotube's Modification by Focused Ion Beam Irradiation and Its Healing Strategies 學(xué)科專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù) 研 究 生：徐麗華 指導(dǎo)教師：徐宗偉 副教授 天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院學(xué)院 二零一二年十二月

2、 摘 要 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)

3、碳納米管探針的方向調(diào)控，但是在對(duì)碳納米管調(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）

4、和 HRTEM 對(duì)不同參數(shù)下聚焦 Ga+離子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(wú)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)

5、碳納米管的照射， 將會(huì)沉積一薄層無(wú)定形碳， 影響碳納米管的拉曼表征結(jié)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 300º C、450º C和 600º C 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