一维半导体纳米材料与纳米器件的多场耦合损伤与失效研究

The performance reliability and safe service of nanodevices have become an increasing important issue as functional nanodevices moved from prototypes to practical application. As compared with traditional bulk materials, nanomaterials show different characteristics in the stability, damage and failure in properties and great changes in the mechanics of damage and failure, so traditional study and evaluation methods are no longer suitable in the field of nanomaterials. Therefore, aimed at the practical application of nanomaterials and nanodevices, this project will select one dimensional semiconducting nanomaterials and devices as objects, prepare one dimensional semiconducting nanostructure units and assemble functional nanodevices. By means of in situ observation, actual service environment simulation and theoretical simulation on computer, damage and failure on one dimensional semiconducting nanomaterials and devices under mechanical- electrical- optical multi-field coupling will be investigated in order to reveal the evolution paths and failure mechanics of the structure and properties of one dimensional semiconducting nanomaterials and explore the measurement techniques and reliable evaluation methods for nanomaterials and nanodevices. This project will provide a solid basis for the practical application and safe service of functional nanodevices.

随着纳米功能器件从原型向实际应用的过渡，纳米器件的性能可靠性和安全服役问题成为越来越重要的课题。但纳米材料和传统的块体材料相比，在性能的稳定性及损伤失效方面显示出不同的特点，损伤失效机理也存在巨大的差异，传统的研究方法和评价方法已不适用于纳米材料领域。因此本项目拟针对纳米材料和纳米器件的实际应用，以一维半导体纳米材料和器件为研究对象，制备一维半导体纳米结构单元、组装纳米功能器件，通过原位研究、真实服役环境下研究及计算模拟理论研究方法，研究一维半导体纳米材料和器件在力-电-光等多场耦合下的损伤和失效，揭示一维半导体纳米材料的结构和性能的演变规律和失效机理，探索纳米材料和纳米器件失效的研究方法及可靠性评价方法，为纳米功能器件的实际应用和安全服役提供研究基础。

随着纳米功能器件从原型向实际应用的过渡，纳米器件的性能可靠性和安全服役问题逐渐凸显。但和传统块体材料相比，纳米材料在性能稳定性及损伤失效方面显示出不同的特点，损伤失效机理也存在巨大的差异，传统的研究方法和评价方法不再适用于纳米材料领域。本项目面向纳米材料与器件的实际服役需求，先后建立了基于扫描电子显微镜、扫描探针显微镜以及透射电子显微镜的多场耦合原位表征系统，深入研究了应力场、辐照场、电场、化学场等单场及多场耦合环境对纳米材料性能的调控效果与机理，充分揭示了纳米材料与器件在多场耦合下的损伤失效机制及性能演变规律，据此设计了一系列适用于复杂服役环境下的机械能、太阳能、热能收集器件等能量转换系统，以及紫外光、可见光探测器、应力应变传感器等信息传感系统，同时系统研究了器件结构单元以及整个系统的失效现象及服役行为，并提出了纳米材料及器件失效的研究方法与可靠性评价方法，为纳米材料及功能器件的实际应用与安全服役提供了坚实的研究基础。