《陣列碳納米管中的高能電子輸運研究》是依託中國工程物理研究院雷射聚變研究中心，由唐永建擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：陣列碳納米管中的高能電子輸運研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：唐永建
- 依託單位：中國工程物理研究院雷射聚變研究中心
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在快點火雷射慣性約束聚變研究中，高能電子的輸運與能量沉積一直是點火物理研究的核心問題。我們初步的研究發現，陣列碳納米管對高能電子有優越的輸運和準直特性。為了掌握這一現象的規律，發展一種新的電子輸運載體，本課題將進一步開展電子在碳納米管中的輸運行為基礎研究，旨在理解高能電子在陣列碳納米管中輸運的物理機制，探索陣列碳納米管相應的最優結構。研究內容包括:(1)單壁/多壁陣列碳納米管中的靜態空間電場分布以及電子輸運過程中運動電荷帶來的影響;(2)在外加電磁場(如瞬態雷射強場)的情況下，單根納米碳管與陣列碳管的電磁場空間分布，以及電子輸運行為和由此產生的Aharonov-Bohm (AB)量子效應;(3)單根/陣列納米碳管中的電子運動分布函式和系統Hamilton量;(4)高能電子在納米碳管中的碰撞、散射與吸收過程;(5)高能電子在陣列納米碳管中的能譜變化，以及能譜改造的原理與方法。
結題摘要
本項目採用化學氣相沉積法製備了陣列碳納米管薄膜，對陣列碳納米管薄膜的各項結構參數的控制進行了系統研究。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、拉曼光譜(Raman)、X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)對樣品形貌以及結構進行了表征。研究了催化劑濃度、載氣流速、生長時間等對陣列碳納米管薄膜厚度和巨觀取向等參數的影響規律，並探討了陣列碳納米管薄膜的生長機理。 本項目的另一個重要研究內容是碳納米管中高能電子輸運的物理機制的研究。首先介紹SILEX-1裝置上雷射輻照陣列碳納米管靶所產生的高能電子定向輸運實驗結果，並且介紹了之前研究者利用Particle In Cell（PIC）方法研究所得到的高能電子在等離子化碳納米管中產生和被準直的物理機制。討論了能量為MeV的高能電子在材料中輸運受材料的阻止和高能電子能量沉積的機制、基本物理模型和碳納米管的彈道輸運的基本理論。結合碳納米管輸運背景建立高能電子在其中輸運的物理模型以及高能電子穿越的碳納米管陣列的物理過程和長程定向輸運解釋。我們發現，碳納米管的極端各向異性電阻特徵和彈道輸運特徵，使得高能電子在碳納米管陣列中鏡像電荷只能沿著碳管的方向運動，而不能沿著垂直於碳管的方向運動。那么當碳管沿著垂直方向發散的時候。高能電子會與其鏡像電荷發生分立，從而產生一個電場將高能電子向分布中心回拉從而降低發散。同時由於高能電子與鏡像電荷的分析，也造成了高能電子電流和碳納米管回流之間之間的回流平衡被打破，這樣碳管的背景電流在高能電子分布中心的電流密度壁高能電子的電流密度要大，從而產生一個局域的強磁場。這個磁場對高能電子同樣具有準直效應，因而高能電子的發散角大大被壓縮，最終表現為沿著碳管生長方向運動的準直效應。同時由於背景電子的彈道輸運，沿著碳管的生長方向的電場非常的弱，在這個方向高能電子幾乎不受到阻止。因而高能電子可以沿著這個方向運動一個極其長的距離。
