中科院近代物理所：重離子輻照一維納米材料研究獲進展

【成果簡介】

荷能重離子與宏觀塊體材料相互研究已開展多年，研究成果廣泛應用于材料改性、核材料抗輻射評估以及電子元器件加固等領域。當塊體材料尺寸縮小至納米量級時，其聲學、電磁學、熱力學及光學等性質均會發生明顯變化，這導致在相同的輻照條件下，納米材料的輻照效應將與塊體材料有所不同。為研究金屬納米材料的輻照損傷效應，中國科學院近代物理研究所材料研究中心科研人員以重離子徑跡模板法制備的一維納米材料——金納米線為研究對象，深入開展了重離子與一維納米材料相互作用的研究，揭示了重離子輻照一維納米材料的基本物理過程和損傷機制。相關研究成果以題為“Surface Modification and Damage of MeV-Energy Heavy Ion Irradiation on Gold Nanowires”發表在Nanomaterials上。 ?　　 ?　

【圖文導讀】

圖1 重離子輻照金納米線產生不同類型彈坑結構示意圖?

圖2 由MeV重離子輻照的NWs中的SFTs的TEM顯微照片

（a-c）完美的SFTs，

（d-f）截斷的SFTs和（g-i）混合堆垛層錯四面體（SFT）組。

【研究內容】

研究人員利用近代物理所320?kV高電荷態離子綜合實驗平臺提供的重離子對不同直徑的金納米線進行輻照，借助掃描電子顯微鏡(SEM)和高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)對輻照前后的金納米線形貌和結構進行表征和分析，系統研究了重離子對金納米線的輻照損傷效應。研究發現，重離子輻照可在納米線表面產生三類具有不同形貌的彈坑狀結構，且不同形貌的彈坑結構與重離子在納米線中引發熱峰的位置直接相關。當熱峰發生在納米線表面下幾個原子層厚度時，熱峰中熔融的金會通過塑性流動吸附在納米線表面，形成火山口形結構；而當熱峰出現在距離表面較深的位置時，熔融的金體積膨脹將產生巨大的壓力使熱峰所在區域發生微爆炸，導致熔融的金噴發。當噴發金的動能小于納米線的表面吸附能時，將會吸附在納米線上形成帶突起顆粒的彈坑；反之，則形成沒有突起顆粒的彈坑。同時，在金納米線周圍觀察到大量濺射出的金納米顆粒，發現濺射顆粒的平均尺寸隨納米線直徑增大而增加。此外，研究人員研究了重離子輻照對金納米線晶體結構的影響，通過HRTEM觀察到大量的層錯四面體結構（SFT），并給出金納米線中SFT尺寸分布和入射離子核能損之間的關系。此項研究把重離子輻照研究對象由宏觀塊體材料擴展到一維納米材料，揭示了基于納米材料的重離子輻照新特性。研究工作得到了國家自然科學基金和中科院青年創新促進會的支持。

原文鏈接：http://www.cas.cn/syky/201711/t20171114_4621883.shtml

文獻鏈接：Surface Modification and Damage of MeV-Energy Heavy Ion Irradiation on Gold Nanowires (Nanomaterials, 2017, DOI:10.3390/nano7050108)

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