凝固是指在温度降低时,物质由液态变为固态的过程。它是常见的自然现象,并且长期受到人们的关注。但是由于晶体的凝固非常快速(在皮秒量级),所以直到今天,凝固机制还存在很多疑问。目前,原位透射电子显微分析技术能够在高空间和时间分辨率实时记录凝固的微结构演变过程,为凝固机制的解释提供原子尺度的证据。本文利用原位加热透射电子显微镜对Cu纳米颗粒的凝固行为进行了研究。表面负载有非晶碳的Cu在高温下将非晶碳催化为石墨烯,然后降温凝固。在原子尺度上对受石墨烯束缚的Cu以及Cu表面被氧化形成的CuO的凝固过程进行了研究。结果表明:(1)受石墨烯束缚的CuO凝固过程延长至数秒,速度明显减慢。CuO成核之前,在原子水平上观察到了弯曲的不连续反常层状结构。在晶体生长期间,(002)晶面生长速度明显快于(111?)晶面。并且,在固-液界面处有时会出现两个铜层的中间生长结构,随后O原子与表面Cu原子结合形成了CuO晶体。(2)晶体在凝固过程中容易产生缺陷(例如孪晶,层错等)。在本文中,我们详细研究了受石墨烯束缚的Cu纳米颗粒的反常退孪晶过程。因为Cu颗粒在退孪晶中受到石墨烯的限制,产生的应变无法释放。于是发生一系列使得孪晶能量增加的反常孪生位错滑移,产生新的纳米孪晶,然后新旧孪晶协同旋转,最终形成一个完美的Cu纳米颗粒。观察受石墨烯束缚的CuO凝固过程,为完善成核理论和晶体生长机理提供了原子尺度的证据;Cu纳米颗粒反常退孪晶过程的观察,丰富了孪生机制,并且提供了一种能够有效提高金属孪晶纳米材料应用温度的方法。