原位透射电镜技术通过对样品施加不同外场条件,既可以通过相机实时记录材料在外场条件下的结构变化,也可以通过外部控制器实现对材料“力、电、热”等性能的直接测试,已成为液相纳米合成、能源材料、催化以及生命科学领域重要研究手段,被认为是电子显微学未来的重点发展方向之一。氮化硼(BN)纳米管具有和碳纳米管相似的结构,并拥有良好导热性、高温稳定性、绝缘性以及力学性质,一直是被人们广泛关注的重要一维纳米材料。从实验上对单根BN纳米管的结构和性能进行研究,具有重要的基础研究价值。在本论文中,我们首先研究了化学气相沉积法制备的多壁BN纳米管结构,并借助基于微机电系统(MEMS)技术的原位TEM力学手段,研究了单根多壁BN纳米管在轴向压力下的形貌和结构变化。然后采用溅射法对BN纳米管表面进行Au纳米粒子包覆,研究了电子束辐照条件下BN纳米管表面Au纳米粒子的行为,着重探讨了影响Au纳米粒子行为的物理机制。本论文的主要研究内容包括以下几个方面:1.单根多壁BN纳米管的显微力学研究。发现多壁BN纳米管在轴向压力下,表现为单V形扭结。在弯曲角度小于24.6°时,BN纳米管表现出良好的弹性和柔韧性。BN纳米管断口的高分辨像表明断裂处的晶体结构转变为非晶。经计算BN纳米管的杨氏模量为1.29 TPa,弹性系数为255.9 N/m。2.采用真空溅射法制备了Au纳米粒子均匀包覆的BN纳米管材料。Au纳米粒子的尺寸为2~4 nm。测试结果表明,Au纳米粒子和载体BN纳米管之间没有化学键合,而是以范德华力为主的物理吸附作用。3.首次以BN纳米管作为Au纳米颗粒的载体,研究了电子束辐照下Au纳米粒子的迁移行为。与已有研究中采用的碳膜或石墨烯薄膜作为Au粒子载体相比,BN纳米管最突出的优点是其化学惰性,即BN和Au无化学键合。在实验上首次观察到电子束辐照下,BN纳米管表面的Au纳米粒子以“整体”形式出现旋转、无序的长程迁移以及重构生长等行为。对不同电子束强度、载体以及温度条件下Au纳米粒子运动的规律进行了实验研究,结果表明,影响Au纳米粒子行为的主要因素不是温度而是电子束强度。4.提出了新的机制对Au纳米粒子的行为进行了解释。在电子束辐照下,绝缘体BN纳米管表面产生电荷积累并导致Au纳米粒子携带高密度电荷;活化的高能态Au纳米粒子克服和BN载体之间弱的范德华力作用,产生了旋转、无序迁移运动行为;当Au纳米粒子之间距离小于临界值~1.0nm时,粒子之间的等离子体作用使得体系能量进一步升高,两个或多个Au纳米粒子通过取向聚集重构为一个单晶颗粒。重构的Au纳米粒子在生长前期阶段(<0.7s)主要以晶格扩散机制为主,后期阶段主要以表面扩散机制为主。