辐照条件下碳纳米结构转变机制的理论研究

离子束和电子束辐照可以用来制备、调整和改造各种纳米结构。在粒子束与纳米结构的相互作用过程中，缺陷的产生和演化扮演着重要的角色。首先，缺陷本身可以具有特殊功能，能够改变纳米结构的力学、电学和化学性质。其次，缺陷的迁移和结构转变的性质可以用来实现对纳米结构的可控改变。本项目拟采用理论模拟方法来研究粒子束辐照碳纳米结构导致的各种缺陷的产生、迁移和结构演化的动力学过程，探索不同物理条件对缺陷的迁移和重构的影响，以期寻找在纳米结构中引入功能性缺陷以及去除不利缺陷的途径。本项目的研究成果有助于理解特定条件下纳米结构的生成机制，对于粒子束技术在纳米结构的合成和改造中的应用提供理论基础和科学依据。

近年来在材料体系中辐照缺陷的演化过程中发生的新现象和特点表明对粒子束和材料相互作用微观机制需要进行更深入的研究。本项目采用理论模拟方法研究了碳纳米结构体系中辐照缺陷的产生、迁移等演化的动力学过程。(1)我们采用密度泛函理论计算研究了金属原子、惰性气体原子和碳结构的相互作用，发现嵌入石墨烯空位缺陷中的金原子会对石墨烯窄带的电子学和磁学性质造成影响，表明了边界对于吸附在石墨上的杂质原子迁移行为有影响。(2)用分子动力学模拟研究了弯曲程度在碳结构辐照损伤过程中的作用，表明了轻微的拉伸和压缩状态都会升高碳纳米管管壁上原子的离位能，从而对缺陷产额有影响。(3)研究了乙炔分子与石墨结构的空位缺陷的相互作用，阐明了用乙炔分子修复石墨结构空位缺陷的微观机制。 上述研究结果有助于理解特定条件下纳米结构的生成机制，对于粒子束在纳米结构合成和改造中的应用提供理论基础。