Mechanisms of ion beam modification of nanowires and nanotubes

Visa fullständig post

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-2770-9
Titel: Mechanisms of ion beam modification of nanowires and nanotubes
Author: Ren, Wei
Medarbetare: Helsingfors universitet, matematisk-naturvetenskapliga fakulteten, institutionen för fysik
Nivå: Doktorsavhandling (sammanläggning)
Tillhör serie: URN:ISSN:0356-0961
Abstrakt: Nanowires (NWs) and nanotubes (NTs) are considered to be of great importance for future nanotechnology applications, due to the roles of dimensionality and small system size. Potential applications of NWs and NTs range from field-effect transistors to biological applications. However, the one-dimensional (1D) nanostructures and most of their applications are still in an early stage of technical development. There are several issues that need to be addressed before they are ripe for industrial applications. Irradiation has been widely used in semiconductor industry to modify the properties of materials since the 1950s. Irradiation in 1D nanomaterials has been studied to tailor the mechanical, electronic, optical and even magnetic properties in a controlled manner, to improve the functionality of the devices based on the 1D nanomaterials. This thesis focuses on the structural and mechanical modifications of the 1D nanomaterials under energetic ion irradiation, as well as the formation mechanisms of the composites of the functional one-dimensional nanomaterials to improve their usage. In the first part, we studied the defect production of GaN NWs under Ar irradiation. The difference of defect production between NWs and the bulk counterpart was studied. The effect of the large surface-area-to-volume ratio was found to play an importance role in defect production in NWs. The irradiation energy of the maximum damage production in the NWs has been obtained. In the second part of the thesis, we studied the formation of the composite nanomaterials of diamond-like-carbon (DLC) and carbon nanotubes (CNTs). We used the classical MD method to simulate the deposition process of carbon atoms on the CNT systems to provide the atomic insights into structural changes. The results show that high-sp$^3$-content DLC can be formed provided the deposition conditions allow for sidewards pressure to form from a substrate close beneath the CNTs.Nanolankoja ja nanoputkia pidetään erittäin tärkeinä tulevaisuuden teknologioille niiden pienen koon ja poikkeavien mittasuhteiden vuoksi. Niitä voidaan mahdollisesti käyttää esimerkiksi niin kanavatransistoreissa kuin biologisissa sovelluskohteissa. Näiden yksiulotteisten nanorakenteiden tutkimus ja niiden käyttösovellusten kehittäminen ovat kuitenkin vielä varhaisessa vaiheessa. Monia ongelmia on ratkaistava ennen kuin niitä voidaan hyödyntää teollisesti. Puolijohdeteollisuudessa säteilytystä on käytetty 1950-luvusta lähtien muokkaamaan aineiden ominaisuuksia. Yksiulotteisten nanomateriaalien säteilytystä on tutkittu keinona muokata hallitusti niiden mekaanisia, optisia ja jopa magneettisia ominaisuuksia, jotta niitä hyödyntävien laitteiden toiminnallisuutta voidaan parantaa. Tämä väitöskirja keskittyy ionisäteilytyksen tuottamiin rakenteellisiin ja mekaanisiin muutoksiin yksiulotteisissa nanomateriaaleissa sekä funktionaalisiin yksiulotteisiin nanomateriaaleihin perustuvien komposiittien muodostumismekanismeihin niiden käytettävyyden parantamiseksi. Väitöskirjan ensimmäisessä osassa tutkitaan kidevirheiden tuottoa GaN-pohjaisissa (galliumnitridi) nanolangoissa, kun niitä säteilytetään argonilla. Lisäksi tutkitaan tuotossa esiintyviä eroja tavallisen aineen ja nanolankojen välillä. Ison pinta-ala/tilavuus-suhteen todettiin olevan tärkeää kidevirheiden tuotossa nanolangoissa. Maksimaaliseen kidevirheiden tuottoon johtava säteilytysenergia saatiin selvitettyä. Toisessa osassa tutkitaan timantinkaltaisen hiilen (diamond like carbon, DLC) ja hiilinanoputkien komposiittien muodostumismekanismia. Klassista molekyylidynamiikkaa käytetään simuloimaan prosessia, jossa hiilinanoputkista muodostuvaa systeemiä pinnoitetaan hiiliatomeilla. Simulaatioiden avulla saatiin tietoa prosessin aiheuttamista rakennemuutoksista atomitasolla. Tulokset osoittavat, että korkean sp3-pitoisuuden omaavaa timantinkaltaista hiiltä voi muodostua prosessissa edellyttäen, että olosuhteet sallivat sivulle suuntautuvan paineen muodostumisen substraatissa hiilinanoputkien alapuolella.
Permanenta länken (URI): URN:ISBN:978-951-51-2770-9
http://hdl.handle.net/10138/201270
Datum: 2017-08-18
Subject:
Rights: Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden.


Filer under denna titel

Total number of downloads: Loading...

Filer Storlek Format Granska
Mechanis.pdf 11.76Mb PDF Granska/Öppna

Detta dokument registreras i samling:

Visa fullständig post