论文部分内容阅读
利用高分辨透射电子显微术研究了多种低维材料的特征微观结构。主要研究内容包括：一维贵金属Ag纳米线中的五次孪晶结构和复合氧化物Zn2SnO4纳米线中的准周期孪晶结构，以及利用球差校正高分辨透射电镜术研究氧化物薄膜Ca0.28Ba0.72Nb2O6(CBN-28)的平面微结构。
Ag纳米线中五次孪晶结构的透射电镜研究。除了表征了单根稳定结构的纳米线的微观结构，重点对纳米线进行超薄切片，从纳米线截面方向对五次孪晶的精细结构进行了深入系统的研究。结果表明，Ag纳米线沿〈110〉方向生长，具有五次孪晶结构，其中五次孪晶是由围绕[110]带轴的五个{111}晶体旋转组成。首次获得纳米线中五次孪晶的高分辨像和电子衍射图谱。五次孪晶中心部位的高分辨原子像与理想的原子结构模型非常相似。针对面心立方晶体中五次旋转孪晶产生的7.5°本征间隙，基于实验结果的统计分析，提出了Ag纳米线中五次孪晶的晶体结构模型。电子能量损失谱(EELS)分析表明，五次孪晶的中心部位相对于Ag单晶，其Ag-M4，5峰向低能量方向有轻微漂移。电子全息实验表明，在五次孪晶中有些孪晶界出现电荷聚集，局域电势存在差异。研究结果还表明，由于纳米线具有五次孪晶特性，通过倾转单根Ag纳米线，可以得到不同带轴的选区电子衍射图谱(电子束方向垂直于纳米线的轴向生长方向)，衍射图谱或者是由[112]和[001]带轴方向叠加，或者是由[011]和[111]带轴方向叠加产生。利用TEM加热技术，原位观察了五次孪晶Ag纳米线的高温动态行为，有利于了解五次孪晶Ag纳米线的生长机理。
对复合氧化物Zn2SnO4纳米线的结构分析表明，Zn2SnO4纳米线具有面心立方的尖晶石结构，由多个八面体晶粒有规律地共面联结而成，始终是按两个大小相同但方向不同的(111)孪晶生长，呈现出准周期的孪晶结构。在扫描电镜下，通过倾转纳米线可以观察到不同的形貌特征。电子衍射结果表明纳米线沿〈111〉方向生长，周期孪晶晶界呈{111}反映孪晶关系。在透射电镜下从[110]带轴方向观察，发现纳米线的外观形状表现出规律性的之字型(zigzag)结构特征，这是因为两个八面体晶粒的相邻两个(111)晶面间夹角刚好与孪晶晶界角重合，且大小都为141°，此时纳米线的外观形貌表现为之字型结构。高分辨模拟结果表明孪晶面位于Zn原子所在的晶面位置。
利用普通高分辨电镜和球差校正的高分辨透射电镜，对Ca0.28Ba0.72Nb2O6(CBN-28)/SrTiO3薄膜的平面微结构进行了初步分析。CBN-28薄膜在SrTiO3基底(001)表面存在六种生长取向，包括(001)CBN//{001}STO，[100]CBN//〈130〉STO，和[010]CBN//〈-130〉STO，因此在薄膜的平面微结构中，晶粒之间相对取向和相互联结关系相当复杂，其复杂的相互联结关系尚在进一步的研究中。利用球差校正的高分辨透射电镜，在负球差的条件下，可以清晰的分辨出CBN-28单个四方晶胞在[001]投影方向中的氧原子和阳离子Ca，Ba，Nb的位置。