【摘要】：在21世紀(jì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新迅猛發(fā)展的時(shí)代背景下,新智能材料、微納米、生物醫(yī)藥等高新技術(shù)之間的融合日益深化。和世界主要制造業(yè)先進(jìn)國(guó)家和地區(qū)一樣,我國(guó)已經(jīng)實(shí)施"中國(guó)制造2025"規(guī)劃,大力推進(jìn)智能材料等多個(gè)新興前沿領(lǐng)域的創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化。所謂"智能材料",是指能夠有效感知其內(nèi)外環(huán)境的刺激信號(hào),并對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理,進(jìn)而執(zhí)行合適響應(yīng)的具有智能特性的一類材料。機(jī)敏材料作為智能材料的必要組成單元,擔(dān)負(fù)其中感知信號(hào)和執(zhí)行響應(yīng)的功能。常見的機(jī)敏材料包括形狀記憶材料、壓電材料、電致/熱致變色材料、磁致伸縮材料、電流/磁流變體材料和光纖材料等。本論文工作的主要研究對(duì)象VO_2，，因其具有室溫附近(T-_c=68℃)的可逆循環(huán)的熱致變色相變性能,能夠?qū)t外波長(zhǎng)的光實(shí)現(xiàn)"通過(guò)-阻隔"調(diào)控,被視為一種良好的有"智能窗"應(yīng)用前景的機(jī)敏材料,長(zhǎng)期以來(lái)受到廣泛的關(guān)注和研究。同步輻射光源具有高亮度、寬波段、偏振性、能量精確可控等諸多獨(dú)特的優(yōu)良性能,近年來(lái)已經(jīng)發(fā)展成為眾多基礎(chǔ)學(xué)科和應(yīng)用學(xué)科難以替代的先進(jìn)研究手段之一。同步輻射XAFS技術(shù)能夠?qū)ξ镔|(zhì)中原子和電子的短程局域結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)反映,適用于大部分凝聚態(tài)系統(tǒng)的研究。同時(shí),配合原位技術(shù)和時(shí)間分辨技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微觀結(jié)構(gòu)和短暫變化的精確測(cè)量。因此原位和時(shí)間分辨XAFS技術(shù)非常適合于相變機(jī)敏材料的結(jié)構(gòu)和機(jī)理研究。本論文主要利用原位同步輻射XAFS技術(shù)對(duì)釩氧化物的相變溫度調(diào)控機(jī)理開展了系統(tǒng)深入的研究,論文主要包括以下內(nèi)容:1.鎢摻雜二氧化釩的結(jié)構(gòu)和相變溫度調(diào)控機(jī)理的研究通過(guò)溶劑熱法合成了不同摻雜濃度的W摻雜VO_2系列樣品�；谝幌盗谢颈碚靼↖CP-AES、XRD和DSC,選定4個(gè)W摻雜VO_2樣品(摻雜濃度分別為0.54%、0.95%、1.45%和2.38%)對(duì)其進(jìn)行常溫XAFS測(cè)量和分析,并基于適合的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行擬合,得到基底V原子和摻雜W原子的近鄰結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。由此得到結(jié)論,摻雜濃度為0.54%、0.95%的樣品在常溫下為M相結(jié)構(gòu),摻雜濃度為1.45%和2.38%的樣品在常溫下已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镽相結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步根據(jù)擬合數(shù)據(jù)構(gòu)建了摻雜W原子的近鄰結(jié)構(gòu)模型,結(jié)合模型分析得出,摻雜W原子的近鄰結(jié)構(gòu)具有與四方R相VO_2類似的更高的對(duì)稱性,在W-VO_2體系的結(jié)構(gòu)演變中發(fā)揮驅(qū)動(dòng)力的作用。2.鎢摻雜二氧化釩的原位變溫XAFS研究建立變溫原位XAFS裝置,對(duì)W摻雜VO_2系列樣品進(jìn)行原位XAFS測(cè)試�；诔貤l件下對(duì)W摻雜VO_2系列樣品的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果,對(duì)4個(gè)W摻雜VO_2的V-K邊的變溫XAFS測(cè)試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析,并結(jié)合DFT方法理論計(jì)算提供的電子結(jié)構(gòu)信息,對(duì)W摻雜VO_2的溫致相變過(guò)程機(jī)理進(jìn)行闡釋:摻雜的W原子局域結(jié)構(gòu)在VO_2中保持一種接近四方R相高對(duì)稱性,影響近鄰的第1到2個(gè)殼層V原子從而形成高對(duì)稱性的相變核,并以一種"成核-擴(kuò)散"的機(jī)制作用于VO_2整體的相變行為;W原子"成核"具有金屬性,進(jìn)而對(duì)W摻雜VO_2體系的電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。3.鉻摻雜二氧化釩的原位變溫XAFS研究通過(guò)溶劑熱法合成了摻雜濃度分別為3.5%和5%的兩個(gè)Cr摻雜VO_2樣品,對(duì)其進(jìn)行XRD、DSC和原位變溫XAFS測(cè)試。Cr摻雜VO_2具有正交O相對(duì)稱性,其相變溫度隨摻雜濃度增大而提高。對(duì)XAFS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,以合適的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行擬合得到Cr摻雜VO_2樣品的物相結(jié)構(gòu)信息。深入分析并對(duì)Cr摻雜VO_2的溫致相變過(guò)程機(jī)理進(jìn)行闡釋:認(rèn)為Cr摻雜VO_2的正交O相比M相在高溫下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更高,因此提高了相變溫度;相變過(guò)程呈現(xiàn)出"O相→晶格膨脹/原對(duì)稱性解體→晶格收縮/新對(duì)稱性重構(gòu)4R相"的過(guò)程,在此過(guò)程中原有的V-V "成對(duì)"的結(jié)構(gòu)單元被打破,最終形成了更加穩(wěn)定的四方R相結(jié)構(gòu)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB34

【參考文獻(xiàn)】

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1 崔苑苑;陳蘭麗;嚴(yán)六明;任清華;施思齊;張文清;羅宏杰;高彥峰;;VO_2相變機(jī)制和摻雜改性的第一性原理研究進(jìn)展[J];自然雜志;2015年04期

本文編號(hào)：2285815