纳米结构碳材料的辐照效应研究

本项目以碳纳米结构材料（其中包括碳纳米管、富勒烯、石墨烯等）作为研究对象，通过利用同步辐射和THz光谱测量等先进的实验技术对辐照作用下碳纳米材料的结构和性质变化进行细致的测量分析，并结合TEM、拉曼光谱、ESR等测量及理论计算，探索不同结构碳纳米物质在电子束和离子束辐照作用下缺陷产生和结构变化的规律以及辐照产生的缺陷和结构变化与碳纳米物质宏观性质变化之间的关系。通过对载能电子和离子在微纳尺度物质中能量传递过程的特点进行深入的研究和分析，探讨碳纳米结构物质辐照效应与辐照粒子种类和能量、辐照剂量、辐照环境以及纳米材料结构和尺寸之间的内在联系，以期获得对辐照在各种碳纳米结构物质中辐照效应机理的深层次认识。

微纳尺度物质的辐照损伤研究具有重要的学科意义。由于微纳尺度物质辐照损伤测量非常困难，因此建立有效的测量方法至关重要。本项目通过X射线小角散射技术和太赫兹光谱技术在复合材料中的应用，期望获得辐照对纳米尺度物质结构的影响。首先利用SAXS实验技术对HDPE进行原位变温实验，通过对散射强度数据的Lorentz修正、一维相关函数和积分不变量的分析，研究了HDPE的片晶结构随温度的变化规律。其次利用SAXS研究了1.157 GeV的Fe离子辐照HDPE的结构随辐照剂量的变化。通过改变X射线入射光束与样品表面法线夹角的方式成功分离HDPE片晶结构与离子径迹结构的散射强度信息。通过Lorentz修正、一维相关函数和分形维数分析发现HDPE片晶结构随辐照剂量的变化关系和辐照产生富碳材料的分形特征。选用Core-shell模型对离子径迹散射强度进行计算拟合，得到径迹半径以及径迹区域电子密度变化等信息。最后尝试利用SAXS和XRD对1.157 GeV的Fe离子辐照的HDPE/CB结构随辐照剂量的变化进行了研究。研究发现，碳颗粒的掺杂保护了HDPE的长周期结构，使材料具有一定的抗辐照性。研究工作取得初步进展，尚需进一步完善方法。