曾小川 宋武林,2＊ 周玉華 謝長(zhǎng)生

(1華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430074; 2華中科技大學(xué)分析測(cè)試中心,武漢 430074)

正電子湮沒(méi)技術(shù)在納米材料中的應(yīng)用

曾小川1宋武林1,2＊周玉華1謝長(zhǎng)生1

(1華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430074; 2華中科技大學(xué)分析測(cè)試中心,武漢 430074)

納米材料在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中表現(xiàn)出越來(lái)越優(yōu)異的性能,其微結(jié)構(gòu)往往對(duì)宏觀性能有著重要影響。從正電子湮沒(méi)技術(shù)基本原理出發(fā),結(jié)合正電子湮沒(méi)技術(shù)在材料微觀結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),介紹了其在納米金屬、合金以及納米半導(dǎo)體等材料中的微結(jié)構(gòu)研究工作,闡述了納米材料微結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)學(xué)科和實(shí)際應(yīng)用的重要意義。

正電子湮沒(méi);納米材料;微結(jié)構(gòu);缺陷

1 引言

納米科學(xué)技術(shù)是20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來(lái)的新科技,納米材料通常是指晶粒大小分布在0.1～100 nm尺寸范圍內(nèi)的超細(xì)材料。納米材料由于其所在的特殊尺寸所表現(xiàn)出來(lái)的在力學(xué)[1]、磁學(xué)[2]、熱學(xué)[3]、光學(xué)[4]和催化化學(xué)[5]等方面的出眾性能,一直受到各國(guó)科學(xué)家的熱捧。

納米材料在這樣一個(gè)小尺寸上表現(xiàn)的優(yōu)異性能,主要由于其尺寸的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及宏觀的量子隧道效應(yīng)引起的。而納米材料在小尺寸上的微觀結(jié)構(gòu),尤其是缺陷分布對(duì)材料的綜合性能有著不可忽視的影響。我們知道納米顆粒其中一個(gè)主要特征就是顆粒界面積與其占有體積的百分比,也就是比表面積比一般顆粒要大很多。而界面本身是一種缺陷,同時(shí)又包含有幾種其他類(lèi)型的缺陷組合,正電子湮沒(méi)技術(shù)作為在20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的應(yīng)用于材料表征領(lǐng)域的技術(shù)[6],它是一門(mén)把核物理和核技術(shù)應(yīng)用于固體物理和材料科學(xué)研究的新技術(shù),該技術(shù)主要利用正電子與材料中的電子湮沒(méi)(e++e-→2γ)放射出γ射線的狀態(tài)來(lái)表征材料缺陷的。

目前常用的分析測(cè)試手段(如透射電鏡、掃描電鏡、X射線衍射、中子衍射、X射線光電子能譜等)用來(lái)表征納米材料的結(jié)構(gòu)和性能等方面已經(jīng)獲得很多可靠的信息,而對(duì)于材料的微結(jié)構(gòu)缺陷,例如界面缺陷的鑒別,濃度的測(cè)定,各類(lèi)缺陷的尺寸和數(shù)量在外界條件下的變化等則是正電子湮沒(méi)技術(shù)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)所在,特別是缺陷尺寸在原子量級(jí)時(shí)候,大部分測(cè)試手段不能探查到,而正電子就能發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì),因?yàn)樗旧韺?duì)結(jié)構(gòu)缺陷大小及其變化十分敏感,而且正電子湮沒(méi)技術(shù)對(duì)樣品沒(méi)有嚴(yán)格的限制,這使得它能廣泛應(yīng)用于各種對(duì)象的研究,因此用來(lái)做納米材料微結(jié)構(gòu)分析也是一個(gè)有用工具。本文以幾類(lèi)常見(jiàn)的納米材料(納米金屬、合金和化合物半導(dǎo)體)為例介紹了正電子湮沒(méi)技術(shù)在其中的成功應(yīng)用。

2 正電子湮沒(méi)技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 理論基礎(chǔ)

正電子作為第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的反物質(zhì),在與電子作用時(shí)有著獨(dú)特的行為。正電子,顧名思義,具有某些與電子相反和相同的性質(zhì),它與電子有著相同的電荷量、質(zhì)量和自旋量,但是電性相反,正電子在與電子相遇后會(huì)通過(guò)湮沒(méi)過(guò)程(e++e-→2γ)而消失。實(shí)驗(yàn)室中正電子由放射性元素衰變產(chǎn)生,進(jìn)入材料后通過(guò)與電子、原子、聲子等發(fā)生非彈性碰撞而損失能量使其動(dòng)能達(dá)到熱化水平,然后以熱運(yùn)動(dòng)速度擴(kuò)散。正電子在材料中的熱化散射距離在1977年由Brandt和Paulin[7]從實(shí)驗(yàn)中得出,

式中,ρ為材料密度,Emax為入射正電子的最大能量。熱化后的正電子在擴(kuò)散過(guò)程中與材料中的電子發(fā)生湮沒(méi)以產(chǎn)生γ光子的形式消失,正負(fù)電子湮沒(méi)主要有三種途徑:產(chǎn)生一個(gè)γ光子、兩個(gè)γ光子和三個(gè)γ光子。發(fā)射單個(gè)γ光子時(shí)需要第三粒子的參與來(lái)吸收反沖動(dòng)量,故單光子湮沒(méi)的幾率是很小的。在雙γ光子和三γ光子的湮沒(méi)事件中,根據(jù)費(fèi)曼原理,雙γ湮沒(méi)與三γ湮沒(méi)的事件比為371∶1,因此湮沒(méi)的主要過(guò)程都是以雙γ湮沒(méi)為主,在以下的討論中也只考慮雙γ光子湮沒(méi)的情況。

正負(fù)電子湮沒(méi)時(shí)的一些湮沒(méi)參數(shù)與湮沒(méi)處的電子狀態(tài)有關(guān),其中正電子在材料中的湮沒(méi)率與湮沒(méi)位置的電子密度有如下關(guān)系:

其中,r0是電子經(jīng)典半徑,c是光速,ne是正電子湮沒(méi)處的電子密度。而正電子壽命τ是湮沒(méi)率λ的倒數(shù),即與電子密度成反比。如果任何外部條件的變化導(dǎo)致材料內(nèi)部某處的電子密度發(fā)生變化,正電子壽命亦會(huì)隨之改變,這時(shí)通過(guò)正電子壽命來(lái)獲得材料微觀信息以及與之聯(lián)系的宏觀性能間的關(guān)系。

凝聚態(tài)材料中在有空位型缺陷出現(xiàn)時(shí),該缺陷往往帶相應(yīng)的負(fù)電荷或電中性,這時(shí)缺陷對(duì)正電子產(chǎn)生吸引勢(shì),正電子優(yōu)先在缺陷中被捕獲,這就構(gòu)成正電子的捕獲態(tài)湮沒(méi)。且空位中的電子密度相比完整晶體要低一些,在缺陷中湮沒(méi)的正電子就能夠帶出缺陷處的結(jié)構(gòu)信息,建立在捕獲態(tài)基礎(chǔ)上的二態(tài)捕獲模型有如下的微分方程:

式中,nf和nd分別表示自由態(tài)和捕獲態(tài)的正電子數(shù),λf和λd則分別表示正電子在自由態(tài)和捕獲態(tài)的湮沒(méi)率。在一定條件下解上述微分方程就可以得到一些我們感興趣的參量。更多捕獲態(tài)的模型只是二態(tài)捕獲模型的簡(jiǎn)單推廣,我們后面不討論。

2.2 實(shí)驗(yàn)部分

由放射性元素衰變特性可知,正電子一般來(lái)自于放射性元素的β+衰變,而且正電子湮沒(méi)實(shí)驗(yàn)通常使用22Na作源,其衰變?nèi)鐖D1所示。

22Na衰變過(guò)程中一般以發(fā)射能量為1.28 MeV的γ光子作為產(chǎn)生正電子的起始信號(hào),同時(shí)放出最大動(dòng)能為0.545 MeV的正電子(兩者間的時(shí)間差3 ps通常忽略)。

目前應(yīng)用在納米材料中的正電子湮沒(méi)技術(shù)主要有兩種:正電子壽命譜和多普勒展寬譜。在正電子壽命譜中,考慮到正電子與材料中的電子湮沒(méi)放出雙γ射線時(shí)的能量和動(dòng)量守恒,每束γ射線的能量為E=m0c2=0.511 MeV,就以該能量狀態(tài)的γ射線作為正電子湮沒(méi)的終止信號(hào),探測(cè)起始信號(hào)和終止信號(hào)之間的時(shí)間差就得到正電子壽命譜。實(shí)驗(yàn)室常用的壽命譜儀分:快-快符合和快-慢符合兩種,隨著時(shí)代的發(fā)展,這些設(shè)備也在不斷改進(jìn)中,Li Hui等[8]通過(guò)兩個(gè)閃爍探測(cè)體,一個(gè)延時(shí)器和一個(gè)數(shù)字示波器的簡(jiǎn)化裝置就可以實(shí)現(xiàn)更好分辨率的壽命譜測(cè)量,其裝置原理圖如圖2所示。

圖1 22 Na的衰變圖Figure 1.Schematic diagram of the nuclear decay of 22 Na.

圖2 數(shù)字正電子壽命譜儀簡(jiǎn)圖Figure 2.Schematic diagram of a digital positron lifetime spectrometer(DPLS).

多普勒展寬儀主要是利用正負(fù)電子在湮沒(méi)時(shí)電子動(dòng)量不為零而引起在湮沒(méi)時(shí)兩條γ射線的夾角相對(duì)180°產(chǎn)生一定偏移的原理,如圖3所示。

對(duì)于已經(jīng)發(fā)生功血的患者,更要加強(qiáng)護(hù)理。本研究通過(guò)回顧性分析50例功能失調(diào)性子宮出血患者的臨床資料,得出結(jié)論:全面有效的護(hù)理干預(yù)能夠提高功能失調(diào)性子宮出血的臨床治療效果,提高患者對(duì)護(hù)理的滿意度,值得臨床推廣應(yīng)用。

其中PL為總動(dòng)量的平行分量,引起的多普勒能移△E=cPL/2,對(duì)偏移量的測(cè)量是多普勒展寬儀的基本工作原理,它反應(yīng)的是湮沒(méi)處的電子動(dòng)量分布。而在缺陷中正電子主要與低動(dòng)量的價(jià)電子湮沒(méi),這是多普勒能譜儀能分辨缺陷化學(xué)環(huán)境的一個(gè)重要應(yīng)用。多普勒展寬儀的分辨率一般不高,近年來(lái)新發(fā)展的雙探頭符合多普勒展寬儀在降低信噪比方面有較大改進(jìn)[9],圖4是其裝置簡(jiǎn)圖。

圖3 2γ湮沒(méi)中動(dòng)量守恒的矢量圖Figure 3.Schematic diagram of the vector distribution abiding to momentum conservation law in the two-photon electron-positron ann ihilation process.

圖4 符合多普勒展寬儀裝置簡(jiǎn)圖Figure 4.Schematic of a coincidence doppler broadening spectrometer(CDBS).

2.3 譜的解析

實(shí)驗(yàn)中得到的壽命譜y(t)是理想譜N(t)和儀器分辨函數(shù)R(t)的卷積:

B表示本底,﹡表示卷積。理想壽命譜N(t)可以表示成各個(gè)分壽命成分的指數(shù)迭加:

通過(guò)計(jì)算機(jī)的分析,利用在捕獲模型上建立的解譜程序PA TFIT,可以得出各個(gè)成分的壽命τi及其相對(duì)強(qiáng)度Ii,該程序的成功性已得到普遍的認(rèn)可和應(yīng)用。近來(lái)出現(xiàn)了利用拉普拉斯逆變換技術(shù)求缺陷大小分布的CONTIN程序[6]以及利用最大熵原理的MELT程序——它更可以得到正電子壽命的連續(xù)分布[10]。

在多普勒展寬譜的解譜中,鑒于多普勒展寬儀的分辨率相對(duì)較差,我們常用線形參數(shù)法來(lái)分析多普勒線形展寬譜的變化,如圖5所示。

人們常用S=A/C,W=B/C這兩個(gè)參數(shù)來(lái)分別表示低動(dòng)量電子的動(dòng)量信息和高動(dòng)量電子的動(dòng)量信息,也就是當(dāng)正電子被缺陷捕獲時(shí)S參數(shù)將增加,而W參數(shù)將減小。多普勒展寬譜就是利用這些參數(shù)的變化來(lái)反應(yīng)缺陷的信息,而且當(dāng)缺陷周?chē)硬灰粯訒r(shí),不同原子的外層電子動(dòng)量不一樣,這樣不同缺陷周?chē)h(huán)境也可以用湮沒(méi)光子動(dòng)量的不同來(lái)表示,這使得多普勒展寬技術(shù)能提供缺陷周?chē)幕瘜W(xué)信息。

圖5 多普勒展寬譜的線形參數(shù)定義示意圖Figure 5.Diagram of the defin ition of the line-shape parameters of a doppler-broadened spectrum.

3 在納米材料中的應(yīng)用

目前納米材料中利用正電子湮沒(méi)技術(shù)研究的熱點(diǎn)大部分集中在納米金屬、合金和無(wú)機(jī)物半導(dǎo)體上,由(2)式可以得出正電子在材料中的熱化散射距離在100 nm左右,大于納米晶粒的尺寸,故熱化后正電子將大部分被晶界捕獲[11]。正電子湮沒(méi)技術(shù)在納米材料中主要研究其晶粒界面結(jié)構(gòu)和界面缺陷的分布。

3.1 在納米金屬中的應(yīng)用

最早將正電子湮沒(méi)技術(shù)引入納米材料中的是Schaefer等人[12],他們研究的納米多晶 Fe的粒徑有6 nm左右,在納米材料中正電子壽命分解為三個(gè)成分,分別對(duì)應(yīng)點(diǎn)陣空位大小的自由體積,10～15個(gè)空位大小的微孔洞和形成正電子素的大孔洞這三種類(lèi)型的缺陷,且這三種缺陷都分布在晶界上。隨后Qin等[13]在研究納米Ag的晶粒界面穩(wěn)定性時(shí),分別討論了壓力和退火對(duì)界面缺陷的影響,結(jié)果顯示I1和I2隨壓力和退火溫度的增加而不可逆轉(zhuǎn)的減小,說(shuō)明界面類(lèi)空位和空位團(tuán)在力學(xué)和熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的。然而在Wurschum的文獻(xiàn)[14]中用正電子壽命譜對(duì)比了電積法制備的納米Pb晶粒和氣相合成法或塑性變形制備的納米Pb,結(jié)果說(shuō)明納米金屬的結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性與合成技術(shù)和條件有關(guān)。章婷等[15]對(duì)納米銅在退火實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)納米粉在壓成塊后界面缺陷具有良好的熱穩(wěn)定性,在溫度升至900℃的高溫下退火也不能完全消除。這些文獻(xiàn)都證明了納米晶粒的界面是存在三種類(lèi)型的缺陷,并且共同說(shuō)明界面的穩(wěn)定性與制備方法和制備條件有關(guān),同時(shí)還有人認(rèn)為界面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與晶粒大小有一定的關(guān)系。Chattopadhyay等[16]在研究高能球磨下納米Nb的bcc→fcc同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)納米Nb粒徑降至10 nm時(shí),晶界和晶粒間結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生重大改變。相變時(shí)晶界原子的重排和電子動(dòng)量的再分布引起正電子壽命的急劇增加(圖6所示)和多普勒線形參數(shù)的降低(圖7所示),他們通過(guò)體積模量和負(fù)等靜壓模型的計(jì)算得出晶粒粒徑低于臨界尺寸(10 nm)時(shí),晶界在力學(xué)和熱學(xué)上都將變得不穩(wěn)定。

圖6 正電子平均壽命隨晶粒尺寸的變化關(guān)系Figure 6.The variation of themean positron lifetime(τm) asa function of the grain size of nanocrystalline Nb.

圖7 S參數(shù)隨晶粒尺寸的變化關(guān)系Figure 7.The variation of S parameters with the grain size of nanocrystalline Nb.

表面效應(yīng)是納米材料在實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)顯著特征,正電子湮沒(méi)技術(shù)在研究納米金屬的界面結(jié)構(gòu)組成及其穩(wěn)定性方面取得一定成效,為將來(lái)更進(jìn)一步開(kāi)發(fā)納米材料表面效應(yīng)的實(shí)際用途提供了背景。

3.2 在納米合金中的應(yīng)用

納米合金的制備大都通過(guò)非晶態(tài)合金在不同溫度下晶化得到的,結(jié)晶都是形核長(zhǎng)大過(guò)程,納米晶粒在非晶態(tài)中形核長(zhǎng)大后可能有留下非晶態(tài)的組織或形態(tài)。利用正電子對(duì)缺陷大小和化學(xué)環(huán)境的敏感性,可以清楚地了解到納米合金中界面的形態(tài)和化學(xué)組成。

在納米合金中的正電子湮沒(méi)同納米金屬相似,都是研究界面上的結(jié)構(gòu)和組成。Wurschum等[17]利用放射性原子示蹤法探測(cè)納米晶 Fe90Zr10的晶界結(jié)構(gòu)時(shí),第一次展示了在納米合金中存在兩種不同的界面:一種非晶層界面和另一種常規(guī)界面。殷俊林等[18]在用正電子湮沒(méi)壽命譜儀分析 Fe73.0Cu1.0Nb1.5Mo2.0Si13.5B9.0納米晶合金時(shí),表示該合金納米晶化后存在兩類(lèi)結(jié)構(gòu):一類(lèi)是非晶結(jié)構(gòu),另一類(lèi)是納米晶結(jié)構(gòu)。這與上一文獻(xiàn)報(bào)道吻合,而且他們認(rèn)為缺陷在種類(lèi)上也分為兩種:一種是類(lèi)空位,另一種是有10個(gè)空位大小的空位團(tuán)。Weigand等[19]在用正電子湮沒(méi)技術(shù)研究 Pd85Zr15納米晶合金時(shí),多普勒展寬譜探測(cè)到Zr元素在晶界發(fā)生偏析,正電子壽命譜結(jié)果顯示隨著退火溫度提高一部分納米孔洞消失了,在溫度升到1100 K退火后正電子平均壽命的變化在一定溫度下是可逆的(如圖8所示),這說(shuō)明正電子被晶界捕獲的變化可逆,而多普勒展寬譜卻得出界面成分沒(méi)有隨溫度而變化(如圖9所示)。

圖8 I2/I1在1100 K退火5 d后隨溫度的可逆變化Figure 8.Reversible change of the intensity ratio (I2/I1)with temperaturesafter the specimen annealed at 1100K for 5 days.

Divinski等[20]在研究含 Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的Cu-Pb合金時(shí),正電子壽命譜發(fā)現(xiàn)空位型缺陷和空位團(tuán)的存在,由多普勒展寬譜結(jié)果表示納米孔洞在含Pb夾雜物附近優(yōu)先形核。Lechner等[21]通過(guò)正電子湮沒(méi)壽命研究發(fā)現(xiàn)在非晶態(tài)A l88Y7Fe5中的結(jié)構(gòu)自由體積大部分小于一個(gè)點(diǎn)陣空位,通過(guò)多普勒展寬譜研究表明 Y原子富集在A l納米微晶的生長(zhǎng)前端。這些研究都說(shuō)明了在納米合金中合金元素會(huì)在界面形成偏析,為界面缺陷的形成和聚集提供平臺(tái)。

圖9 多普勒展寬F參數(shù)(湮沒(méi)光子的高動(dòng)量部分)在等時(shí)退火中的變化Figure 9.The Change of the F parameters(high momentum portion of an annihilation photon)of the doppler-broadened spectrum of n-Pd85 Zr15 after isochronal annealing.

3.3 在半導(dǎo)體納米化合物中的應(yīng)用

半導(dǎo)體具有許多獨(dú)特的物理性質(zhì),而且在半導(dǎo)體中微觀缺陷對(duì)性能的影響比其它材料中微觀缺陷的影響更大,因此更引起人們的注意。正電子湮沒(méi)技術(shù)在半導(dǎo)體缺陷探測(cè)中有著諸多重要的應(yīng)用,列舉以下幾篇文獻(xiàn)來(lái)說(shuō)明。

Kar等[22]利用正電子作探針去揭示納米 CdS晶粒的缺陷特征來(lái)研究其量子限域效應(yīng)。結(jié)果觀察到正電子壽命隨著納米體系帶隙的變寬(在出現(xiàn)有限尺寸效應(yīng)時(shí))而顯著增加;由于納米晶界的過(guò)度無(wú)序,晶界中沒(méi)有單空位大小的缺陷,幾乎都是空位團(tuán),多普勒展寬的線形參數(shù)也反應(yīng)了在納米CdS出現(xiàn)有限尺寸效應(yīng)時(shí)電子動(dòng)量的再分布。他們還研究了正電子壽命與CdS納米棒直徑之間的關(guān)系,結(jié)果得到他們之間存在明顯的定性關(guān)系(圖10)。最后證明正電子湮沒(méi)技術(shù)是研究半導(dǎo)體納米顆粒的成功工具。

Dutta等[23]用機(jī)械球磨和退火實(shí)驗(yàn)來(lái)研究高純度納米ZnO中缺陷的產(chǎn)生和回復(fù),正電子壽命成分分為三個(gè)成分τ1、τ2、τ3。三壽命中τ2表示缺陷的本質(zhì)特征。球磨材料在高于425℃退火后晶粒長(zhǎng)大了,正電子平均壽命顯著降低,這表示缺陷尤其是陽(yáng)離子空位的濃度降低,而光吸收譜卻顯示高于700℃退火后缺陷濃度沒(méi)有降低,最后得出是氧離子空位造成光學(xué)吸收譜的不同,從而證明陰離子空位不是正電子有效的捕獲點(diǎn)。Sharma等[24]也報(bào)道了固態(tài)熱解法制備納米ZnO的正電子湮沒(méi)研究結(jié)果,得出正電子壽命和多普勒展寬譜都與晶粒尺寸有相關(guān)關(guān)系,Zn空位會(huì)隨著晶粒長(zhǎng)大而遷移至晶界,而光致發(fā)光譜顯示了Zn空位和O空位都出現(xiàn)在ZnO中。

Bisw as[25]在研究不同溫度以及不同濃度Mn2+摻雜的ZnS納米顆粒,正電子壽命分為三成分,隨著摻雜濃度的增加,I2的增加和湮沒(méi)電子動(dòng)量的增加共同證明了Mn2+團(tuán)聚和缺陷的重組,并且通過(guò)樣品在真空和空氣環(huán)境中的正電子湮沒(méi)結(jié)果對(duì)比證明了部分正電子會(huì)湮沒(méi)在晶粒內(nèi)部。

正電子湮沒(méi)技術(shù)在納米半導(dǎo)體材料中取得眾多成功的應(yīng)用,主要集中在物理基礎(chǔ),摻雜改性以及微觀結(jié)構(gòu)等方面,但是利用正電子湮沒(méi)得到的這些基礎(chǔ)信息與材料宏觀性能間的聯(lián)系的報(bào)道相對(duì)較少,這需要人們?nèi)ミM(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

圖10 正電子壽命τ1、τ2以及相對(duì)強(qiáng)度I2與CdS納米棒直徑的關(guān)系Figure 10.The positron lifetimeτ1 andτ2 and relative intensity I2 vs the grain size of the CdSnanorods.

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于納米材料的微結(jié)構(gòu)和界面成分的分析在材料科學(xué)基礎(chǔ)領(lǐng)域以及實(shí)際應(yīng)用中都有重要的意義。正電子湮沒(méi)技術(shù)對(duì)微結(jié)構(gòu)及其組成有著相當(dāng)?shù)撵`敏度,再加上它的研究對(duì)象可以十分廣泛,不僅限于上述三類(lèi)納米材料,使得人們?cè)诩{米材料研究中能夠利用這一有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)手段來(lái)獲取想要的信息,從而為納米材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用做出貢獻(xiàn)!

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Applications of Positron Annihilation Technology in Nanomaterials

ZENG Xiaochuan1,SONGWulin1,2,ZHOU Yuhua1,XIE Changsheng1

(1.State Key Laboratory of Die and Mould Technology,Faculty of Material Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology,Wuhan430074,China;2.Analytical and Testing Center,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan430074,China)

Nanomaterials exhibit mo re and mo re excellent performances in real app lications.Their m icrostructures normally determine theirmacro p roperties.In thispaper,firstly the introduction of positron annihilation technology was given by describing fundamental p rincip les and elucidating characteristic advantagesof positron annihilation technology in microstructure analysis of materials.Then the app lications of positron annihilation technology in characterization of microstructures of nano-metals,nano-alloys and nano-semiconducto r materials were reviewed.The importance of microstructure analysis of nanomaterials by positron annihilation technology for basic scientific discip lines and real app licationswere also exp lained.

positron annihilation;nanomaterials;microstructure;defects

O657;TB302.5

A

2095-1035(2011)02-0013-07

10.3969/j.issn.2095-1035.2011.02.0003

2011-03-29

2011-04-29

國(guó)家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào):51071073)資助項(xiàng)目。

曾小川,在讀研究生,主要從事納米鋁粉缺陷的研究。E-mail:xie25@126.com

宋武林,男,教授,主要從事材料激光表面改性、材料分析測(cè)試等研究。