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(guó)的廣泛重視。本文針對(duì)當(dāng)前國(guó)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(chǎng)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(jī)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(jìn)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(duì)支持膜的輻照變形實(shí)現(xiàn)對(duì)單根納米線的操縱,成功實(shí)現(xiàn)了在場(chǎng)發(fā)射高分辨透射電子顯微鏡中對(duì)單根納米線力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)相關(guān)性原位動(dòng)態(tài)研究。在掃描電子顯微鏡中設(shè)計(jì)并制造了熱雙金屬片驅(qū)動(dòng)的原位納米線拉伸臺(tái),通過溫度控制雙金屬片的運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)單根納米線的單軸拉伸以及斷裂實(shí)驗(yàn)。這

3、些方法的發(fā)展,為單體納米材料的動(dòng)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(duì)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(dòng)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(cuò)形核和增殖、非晶化以及非晶SiC的伸長(zhǎng)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(tái)對(duì)單根SiC納米線進(jìn)行了單軸拉伸實(shí)驗(yàn)

4、,直接從實(shí)驗(yàn)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(rèn)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(dá)到3.5％,與體材料相比提高一個(gè)數(shù)量級(jí),表明SiC納米線具有較高的斷裂韌度和彎曲強(qiáng)度。原位透射電鏡熱