Clocking the anisotropic lattice dynamics of multi-walled carbon nanotubes by four-dimensional ultrafast transmission electron microscopy.
Clocking the anisotropic lattice dynamics of multi-walled carbon nanotubes by four-dimensional ultrafast transmission electron microscopy.
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通过四维超快透射电子显微镜记录多壁碳纳米管的各向异性晶格动力学
DOI：
10.1038/srep08404
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发表时间：
2015-02-12
影响因子：
4.6
通讯作者：
Li J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cao G;Sun S;Li Z;Tian H;Yang H;Li J
具有空间和时间分辨率相结合的四维超快透射电子显微镜（4D - UTEM）的最新进展，使得在原子水平上直接观察材料的结构动力学成为可能。在此，我们报道了我们在4D - UTEM方面的研发成果，该显微镜能够在光电发射模式或热电子发射模式下正常运行。我们展示了它在研究多壁碳纳米管（MWCNTs）的晶格动力学时，能够获得具有高空间和时间分辨率的一系列快照的能力。这项研究在皮秒时间尺度上对显著的各向异性晶格动力学进行了原子水平的描述。此外，我们的超快透射电子显微镜测量清楚地表明，在几皮秒的超快时间尺度内，管内薄片中出现了明显的晶格弛豫，之后沿径向方向出现了明显的晶格膨胀。多壁碳纳米管中的这些各向异性行为被认为是由化学键的多样性引起的，即管层之间的弱范德华键和管片内的强共价sp²杂化键。
Recent advances in the four-dimensional ultrafast transmission electron microscope (4D-UTEM) with combined spatial and temporal resolutions have made it possible to directly visualize structural dynamics of materials at the atomic level. Herein, we report on our development on a 4D-UTEM which can be operated properly on either the photo-emission or the thermionic mode. We demonstrate its ability to obtain sequences of snapshots with high spatial and temporal resolutions in the study of lattice dynamics of the multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). This investigation provides an atomic level description of remarkable anisotropic lattice dynamics at the picosecond timescales. Moreover, our UTEM measurements clearly reveal that distinguishable lattice relaxations appear in intra-tubular sheets on an ultrafast timescale of a few picoseconds and after then an evident lattice expansion along the radial direction. These anisotropic behaviors in the MWCNTs are considered arising from the variety of chemical bonding, i.e. the weak van der Waals bonding between the tubular planes and the strong covalent sp2-hybridized bonds in the tubular sheets.
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