Instabilité structurale des nanotubes de carbone à parois multiples avec/sans nanoparticules métalliques sous irradiation par faisceau d'électrons

La transformation structurale des nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNT) sous irradiation par faisceau d'électrons (e-beam) à température ambiante est étudiée, en ce qui concerne un nouvel effet de passivation dû aux nanoparticules d'or (Au NPs). L'évolution structurale des MWCNT induite par l'irradiation énergétique du faisceau d'électrons conduit à un rétrécissement plus rapide, comme le révèle la microscopie électronique à transmission in situ, tandis que la modification de surface des MWCNT avec des Au NPs (Au-MWCNT) ralentit le rétrécissement en empêchant le processus d'évolution structurelle pendant une période prolongée sous les mêmes conditions d'irradiation. La nouvelle relation entre les rayons de rétrécissement des MWCNT et des Au-MWCNT et le temps d'irradiation illustre que le taux de rétrécissement des MWCNT est plus rapide que les prédictions théoriques ou le même processus dans les Au-MWCNT. Comparée à l'énergie de surface externe (courbure positive), l'énergie de surface interne (courbure négative) des MWCNT contribue davantage à l'évaporation athermique des atomes de la paroi du tube, conduisant à une instabilité structurale et à un rétrécissement sous irradiation par faisceau d'électrons. En revanche, les Au NPs ne possèdent que l'énergie de surface externe (courbure positive) par rapport aux MWCNT. Leur présence sur les surfaces des MWCNT retarde la dynamique de l'évolution structurelle des MWCNT en ralentissant le processus d'évaporation des atomes de carbone, restreignant ainsi le rétrécissement des Au-MWCNT. L'interaction et la croissance des Au NPs évoluent de manière athermique sur les surfaces des MWCNT, affichent une augmentation de leur taille et indiquent l'association de ce mécanisme avec la coalescence induite par les excitations électroniques activées par le faisceau d'électrons. Malgré leur croissance, les Au NPs montrent une stabilité structurelle extrême et restent cristallins sous irradiation prolongée. Il est proposé que l'énergie de surface des MWCNT et des Au NPs, ainsi que les modes doux activés par le faisceau d'électrons ou les effets d'instabilité du réseau, gouvernent principalement toutes les variétés d'évolution structurelle mentionnées ci-dessus.