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He2+离子辐照引起的碳纳米管损伤机制和力学性能:分子动力学模拟与实验
Diamond and Related Materials ( IF 4.3 ) Pub Date : 2023-11-23 , DOI: 10.1016/j.diamond.2023.110652
Chi Xu , Yang Li , Linfeng Wang , Lexin Shi , Haiming Wang , Zhang Xin , Zhifang Fan , Zhendong Dai

碳纳米管(CNT)由于其优异的材料特性,预计将在未来的空间设备应用中发挥关键作用。为了确保碳纳米管在此类应用中的可靠性和安全性,必须仔细评估和了解其在离子辐照下的结构完整性。本研究通过分子动力学(MD)模拟研究了1-100 keV能量范围内He 2+离子辐照对1-5壁碳纳米管造成的损伤机制。He 2+离子辐照引起的损伤机制在单壁碳纳米管(SWCNT)和多壁碳纳米管(MWCNT)之间表现出显着的区别。单壁碳纳米管很容易通过级联碰撞将He 2+辐照的动能传导出碳纳米管,从而减少了它们所造成的损伤,而多壁碳纳米管的层间结构导致辐照能量被限制在管内,从而导致碳纳米管的损伤增加。缺陷。MD模拟揭示了多壁碳纳米管的辐照膨胀现象与辐照动能和累积注量的关系,并表明膨胀沿碳纳米管的径向向内和向外同时发生。在涉及用 540 keV He 2+离子辐照的垂直阵列碳纳米管 (VACNT) 的实验中观察到辐照引起的膨胀扫描电子显微镜 (SEM) 和透射电子显微镜 (TEM) 表征的结果以及拉曼分析表明,由于 He 2+离子照射而在 CNT 中观察到的损伤与通过 MD 模拟获得的结果非常相似实验和MD模拟研究表明,增加He 2+离子辐照剂量会增加CNT缺陷,导致有序石墨结构向无定形C转变。此外,还检查了辐照后的VACNT的压缩机械性能和表面粘附力学。通过进行纳米压痕实验。使用 MD 模拟评估了辐照碳纳米管的拉伸机械性能。综合结果表明,高能量、高通量离子辐照降低了碳纳米管的机械性能。本研究全面研究了He 2+离子辐照对碳纳米管的损伤机制以及随后对碳纳米管力学性能的影响。这项研究的结果为理解碳纳米管的辐照响应和设计具有增强抗辐射性的复合碳纳米管材料提供了重要的见解。





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更新日期:2023-11-23
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