中文摘要：

利用中高能量的离子束对处于不同温度的碳纳米管进行辐照，产生碳洋葱纳米结构，观察碳洋葱结构层间距变化的规律和离子束辐照下金刚石成核和生长的过程，观察多壁碳纳米管在离子束辐照下横向和纵向的结构变化和金刚石的成核；利用氢等离子体中碳纳米管和非晶碳纳米线对氢原子的化学吸附，改变其中的碳原子轨道成键的杂化方式，在高温和离子束辐照下，形成金刚石晶核，并观察金刚石的生长过程；通过研究，获得可观察的金刚石纳米颗粒和金刚石纳米线，并对离子束辐照下碳纳米管结构相变机制作出解释；碳的各种同素异形结构（石墨、金刚石、富勒烯和碳纳米管）的研究是目前材料科学的研究热点。由于碳材料结构的多样性、复杂性以及所表现出的优异的物理和化学性质，使之成为未来高科技应用的优质材料。研究碳的这些结构的形成、转变及在各种物理、化学环境下的反应，对这类材料的基本性质的理解、新材料的合成及各种技术应用将具有重要的意义。

结论摘要：

本项目主要研究荷能粒子与碳纳米管之间的相互作用及纳米结构相变，搞清在纳米尺度下荷能粒子束与纳米结构的作用规律和结构转换规律，以其实现荷能粒子驱动下新型纳米结构的可控构建。利用中高能量的离子束对处于不同温度的碳纳米管进行辐照，产生了碳洋葱纳米结构，这种碳洋葱结构是在粒子束辐照下形成金刚石结构的中间体，通过观察获得了碳洋葱结构的形成规律及相关的非平衡态相变规律。利用氢等离子体中碳纳米管和非晶碳纳米线对氢原子的化学吸附，改变其中的碳原子轨道成键的杂化方式，在高温和离子束辐照下，形成了金刚石晶核，并观察了金刚石的成核和生长过程，成功实现了碳纳米管向金刚石的相变和超高密度金刚石成核。在此基础上成功实现了小尺寸金刚石纳米线的直接合成，所提出的金刚石纳米线的非晶碳辅助生长机制对金刚石纳米线的生长具有普适性。除此之外，在碳纳米管的生长、分离提纯、退火晶化等方面进行了大量系统的研究工作，如超低温碳纳米管生长、水蒸气对单壁碳纳米管的提纯、以及羟基对碳纳米管的刻蚀效应等；利用高度准直的低能离子束技术并结合双离子束技术成功实现了纳米环、纳米点等阵列材料的可控制备，显示了离子束技术在纳米结构构建中的独特优势。