PDF《多壁碳纳米管在循环相变过程中结构变化初探 ！》

多壁碳纳米管在循环相变过程中结构变化初探! 王震遐 王森! 胡建刚 俞国军 (中国科学院上海应用物理研究所, 上海 "#$%##) ("##& 年$$ 月$% 日收到;

"##& 年$月"' 日收到修改稿) 对由离子束辐照多壁碳纳米管 (()*+,-) 产生的无定形碳纳米线 (.

*+)-) 进行了高温退火 ("'##/) 处理, 通过 透射电子显微镜 (,0() 观察发现, .*+)- 体部转变成与原来 ()*+,- 相似的管状石墨结构, 而其封端区域的石墨 晶体结构形态却与原来的 ()*+,- 完全不同, 且变化多端1基于实验结果, 对其相变过程机理提出了一个概念性的 模型1 关键词:无定形碳纳米线,高温退火,相变,透射电子显微镜 !"##:2$'%,#3"#4,2'2#,2$$25 ! 中国科学院知识创新工程重要方向项目 (批准号: $#63&#%&) 资助的课题 ! 0789:;

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1 DB8 $E 引言碳基一维纳米结构, 例如碳纳米管和碳纳米线, 由于具有不寻常的机械 [$, "] 、 电学和光学特性 [6] 以及 在纳米技术领域中广泛的应用前景 [',&] , 而受到众 多科学家的重视和大力研究1最近, 在本组所进行的 相关研究工作中, 涉及到碳一维材料的相变问题, 例 如可以利用离子束辐照多壁碳纳米管 (()*+,-) 使 其转变成无定形碳纳米线 (.*+)-) [2] 1目前, 在关于 .*+)- 向()*+,- 在高温条件下的转变研究结果 中, 有一些现象十分有趣, 例如, 由.*+)- 退火形成 的()*+,- 管体的晶格线 (反映石墨的基本平面) 一般都相当平直, 但是在 ()*+,- 封闭端的结构却 出现了种种奇异的变化1可以认为, 虽然我们现在的 结果和前人的工作 [3,%] 都表明, 管体在升温过程中 可以重新晶化 (石墨化) , 但封端区域的相变不是简 单的石墨化, 而是出现了与原来的 ()*+,- (.*+)- 在无定形化之前的母相) 封端完全不同的结构, 其中 包括畸形的和由次结构组成的封闭端1 本文除了公 布一些典型的 ()*+,- 封端透射电子显微镜 (,0() 结果之外, 特别对造成这些结果的可能相变过程进 行了讨论, 并提出了对这类现象进一步研究的设想1 "E 实验$%&% 多壁碳纳米管到无定形碳纳米线的相变 化学气相沉积 (*F5) 方法生长的多壁碳纳米管 (*F57()*+,-) , 在酒精中分散后滴在单晶 G: 片上 制成样品, 用由电磁同位素分离器中引出的能量为 '#H?F 的碳离子 (*I ) 束 (束流平均强度约 ' ! ., 剂量 $ J $#$3 :B=KD8" ) 进行辐照1 ,0( 检查发现其结果与 文献 [2] 所报道的相似 (见图 $) ;

碳纳米管均已转变 成无定形碳纳米线. $%$% 无定形碳纳米线到多壁碳纳米管的相变 将无定形碳纳米线样品装入石墨坩埚内, 在高 频感应炉 (4LM7$##, 工作频率 6&##NO) 中进行退火, 退火温度 "'##/, 用"HL9 高纯氩气氛保护, 当坩埚 温度升至所需温度后, 保温 "A, 再随炉冷却至室温1 用,0((LNPQPLG *("## R0M) 和高分辨 ,0( (NS,0() 对高温处理后样品的形貌特征和结构进 行了观察分析1在对感兴趣的产物进行分析时, 同时 用能量色散 T 射线谱 (05U) 测定其元素成分, 证实 其为纯碳结构1 第&' 卷第V期"##& 年V月$###76"V#K"##&K&' (#V) K'"267#2 物理学报.*,. LNWGP*. GP+P*. FB;

1&', +B1V, G?XC?8Y?Z, "##& " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "##& *A:=1LA[-1 GBD1 图!"# 束辐照后的 $%"&'( ("# 束流平均强度为 ) ! *, 离子辐 照剂量为 ! + !,!- ./01234 )