碳納米管離子束改性及其轟擊缺陷的熱處理恢復研究.pdf

1、近來,碳納米管(Carbon Nanotube,CNT)憑借其獨特的結構及優(yōu)異的性能,得到廣泛的研究與關注。碳納米管優(yōu)良的機械性能以及大長徑比,被認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,不論制備還是應用均存在許多技術難題。聚焦離子束(Focused Ion Beam,FIB)轟擊技術能夠高精度的實現(xiàn)碳納米管探針的方向調控,但是在對碳

2、納米管調向的過程中將不可避免的對其造成附加損傷,引入結構缺陷。如何實現(xiàn)碳納米管探針的角度和長度的精準控制,且在調控過程中盡量減小二次損傷引入,已經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CNT的結構和性能的影響規(guī)律,研究退火熱處理方法對離子轟擊后碳納米管缺陷的修復及其機理的探索,為碳納米管探針的結構優(yōu)化提供重要的技術支撐。
　　本文通過拉曼光譜(激發(fā)波長為785nm)和HRTEM對不同參數(shù)下聚焦Ga+離子

3、束轟擊過的碳納米管的性能、顯微結構等進行表征,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產生的缺陷類型,加速電壓越大(如30kV),缺陷越復雜,越容易產生無定形碳等嚴重缺陷;加速電壓小時(如5kV),缺陷則會以空位、間隙原子的形式為主,有利于后續(xù)缺陷修復研究;而離子的轟擊劑量則主要會影響單壁碳納米管內的缺陷的數(shù)量。另外,研究發(fā)現(xiàn),電子顯微成像過程中電子束對碳納米管的照射,將會沉積一薄層無定形碳,影響碳納米管的拉曼表征結

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