本文關(guān)鍵詞：鋯石型ABO_4氧化物納米材料的高壓研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋯石型ABO4三元氧化物是常見的副礦物。由于物理化學(xué)性質(zhì)相似，它們以不同程度的固態(tài)互溶體形式廣泛存在于沉積巖、火成巖和變質(zhì)巖中。對它們的研究可為地幔和地殼的演變提供了實驗證據(jù)，因此引起了地質(zhì)學(xué)家的極大興趣。而鋯石型稀土釩酸鹽和磷酸鹽這類物質(zhì)具有特殊的光學(xué)特性，得到了物理學(xué)家和化學(xué)家的關(guān)注。這類功能化材料擁有納米尺寸后，可滿足更多的實踐需求。然而，納米材料與體材料相比擁有更大的比表面積，納米材料的熱力學(xué)性能常常也會與相應(yīng)體材料有很大的差異。壓力作為重要的熱力學(xué)參量，應(yīng)用此極端條件來探究納米材料的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系是非常有效的。因此，我們選取鋯石型磷酸釔納米顆粒、鋯石型磷酸釩酸釔固態(tài)互溶體納米顆粒和鋯石型釩酸鑭納米棒為研究對象，對它們進行了壓致結(jié)構(gòu)相變序列、壓縮性和光譜特性的研究，取得了以下創(chuàng)新結(jié)果： 通過高壓原位X光衍射和高壓熒光的探測手段，我們探究了鋯石型結(jié)構(gòu)的磷酸釔和少量摻銪的磷酸釔納米粒子在室溫條件下的高壓行為。與磷酸釔體材料高壓下的結(jié)構(gòu)相變比較，納米粒子的相變路徑發(fā)生了改變——壓力約18GPa時，直接從鋯石型結(jié)構(gòu)“跳變”為白鎢礦型結(jié)構(gòu)，而沒有經(jīng)過獨居石型結(jié)構(gòu)這一中間相。完全卸壓后，X光衍射與熒光實驗證實了高壓白鎢礦型結(jié)構(gòu)是可以保留下來的。通過拉曼測試，我們指認(rèn)了白鎢礦結(jié)構(gòu)中ν1(Ag)振動模式。為了闡釋磷酸釔納米粒子高壓下表現(xiàn)出來的相變序列改變這一奇特行為，我們討論了摻雜效應(yīng)，準(zhǔn)靜水壓帶來的影響，以及納米尺度導(dǎo)致表面能的變化。通過分析，，我們認(rèn)為納米尺度導(dǎo)致表面的變化是其高壓相變序列改變的重要原因。 我們對鋯石型磷酸釩酸釔固態(tài)互溶體YV1 xPxO4:Eu3+(x=0,0.5,0.7,1.0)納米顆粒進行了高壓同步輻射X光角散衍射和拉曼光譜研究。原位X光衍射實驗結(jié)果表明所有的納米顆粒高壓下均發(fā)生了鋯石型到白鎢礦型結(jié)構(gòu)的不可逆相變。對于固態(tài)互溶體YV1 xPxO4:Eu3+(x=0,0.5,0.7,1.0)納米顆粒，相變壓強分別為~9.3，~12.1，~14，~18.4GPa。結(jié)合鋯石型到白鎢礦型結(jié)構(gòu)相變特點，對于此研究體系，我們認(rèn)為其相變壓力和固態(tài)互溶體中VO4/PO4結(jié)構(gòu)單元的剛性相關(guān)。而進一步的拉曼實驗表明VO4/PO4結(jié)構(gòu)單元的剛性隨著磷含量的逐漸增加而加強。結(jié)構(gòu)精修的結(jié)果顯示粒子尺寸相近(20 90nm)的樣品隨著磷含量的增加(x=0→0.7→1.0)變得更不易被壓縮，但對于較小尺寸(10 30nm)的YV0.5P0.5O4:Eu3+樣品，其壓縮性與YV0.3P0.7O4:Eu3+樣品結(jié)果相似。樣品隨著磷含量增加變得更難被壓縮這一普遍現(xiàn)象，可歸因于鋯石型結(jié)構(gòu)單元的特殊排列方式以及VO4/PO4正四面體剛性的作用，而對于較小尺寸樣品更難被壓縮這一現(xiàn)象是由于其更高的表面能導(dǎo)致的。 結(jié)合同步輻射粉末X射線衍射和拉曼散射方法，我們對鋯石型釩酸鑭納米棒的高壓相變行為進行了研究。原位X射線衍射結(jié)果表明釩酸鑭納米棒經(jīng)過兩次相變：第一次相變發(fā)生在5GPa左右，為不可逆的鋯石型到獨居石型的結(jié)構(gòu)相變；第二次相變?yōu)榭赡娴莫毦邮徒Y(jié)構(gòu)到未知結(jié)構(gòu)（稱之為相III）的相變，相變壓力在12.9GPa左右。通過對鋯石型結(jié)構(gòu)的高壓衍射譜進行Le Bail精修，我們發(fā)現(xiàn)在所有的鋯石型稀土釩酸鹽中，釩酸鑭納米棒的體彈模量值最小。高壓拉曼實驗結(jié)果表明，對于平移振動的T(Eg)外膜與彎曲振動的υ2(B2g)內(nèi)膜，它們的頻率隨著壓力的增加反常地降低。我們首次記錄了釩酸鑭相III的高壓拉曼譜。通過分析其具有很多與眾不同的振動模式與光譜特征，我們推斷出相III中釩離子的配位數(shù)是增加的。通過比較經(jīng)過高壓處理的與原始合成的釩酸鑭樣品的透射電鏡照片，我們觀察到大量的樣品依舊可以承受高壓極端環(huán)境而保持原始的一維棒狀形貌。鑒于此，我們進一步比較了兩類樣品的非原位高分辨透射電鏡照片，結(jié)果與前人認(rèn)識的鋯石型與獨居石型結(jié)構(gòu)相變的位向關(guān)系一致。
【關(guān)鍵詞】：高壓 鋯石型ABO4氧化物 結(jié)構(gòu)相變 X射線衍射 熒光 納米材料
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;O521.23
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-44
• 1.1 高壓科學(xué)簡介12-15
• 1.2 ABX_4三元化合物概述15-19
• 1.2.1 ABX_4三元化合物的結(jié)構(gòu)歸納15-18
• 1.2.2 ABX_4三元化合物的應(yīng)用18-19
• 1.3 鋯石型 ABO4氧化物結(jié)構(gòu)演變與高壓研究概況19-32
• 1.3.1 鋯石簡介19-20
• 1.3.2 鋯石型 ABO_4氧化物簡要歸納20-21
• 1.3.3 鋯石型獨居石型白鎢礦型結(jié)構(gòu)的演變關(guān)系21-25
• 1.3.4 鋯石型 ABO_4氧化物的高壓研究概況25-32
• 1.4 金剛石壓腔及實驗技術(shù)32-41
• 1.4.1 金剛石壓腔（DAC）32-33
• 1.4.2 金剛石壓腔壓力的測量方法與傳壓介質(zhì)的選擇33-35
• 1.4.3 高壓紫外-可見吸收譜測量35-36
• 1.4.4 高壓熒光光譜測量36-38
• 1.4.5 高壓拉曼散射測量38-40
• 1.4.6 高壓 X 射線衍射測量40-41
• 1.5 本論文的研究目的及內(nèi)容41-44
• 第二章 高壓下磷酸釔納米粒子由鋯石型結(jié)構(gòu)到白鎢礦型結(jié)構(gòu)的直接相變44-58
• 2.1 引言44-45
• 2.2 實驗部分45-46
• 2.3 結(jié)果與討論46-57
• 2.3.1 高壓 X 射線衍射實驗46-52
• 2.3.2 高壓熒光實驗52-54
• 2.3.3 卸壓樣品的拉曼光譜表征54-56
• 2.3.4 磷酸釔納米顆粒高壓相變序列改變的討論56-57
• 2.4 本章小結(jié)57-58
• 第三章 鋯石型磷酸釩酸釔固態(tài)互溶體納米顆粒的高壓穩(wěn)定性和壓縮性：X 射線衍射及拉曼光譜的研究58-74
• 3.1 引言58-59
• 3.2 實驗部分59-60
• 3.3 結(jié)果與討論60-72
• 3.3.1 初始材料的常壓表征60-63
• 3.3.2 高壓 X 射線衍射實驗63-65
• 3.3.3 拉曼光譜以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性探究65-68
• 3.3.4 結(jié)構(gòu)精修及壓縮性討論68-72
• 3.4 本章小結(jié)72-74
• 第四章 鋯石型釩酸鑭納米棒的高壓相變研究74-96
• 4.1 引言74-76
• 4.2 實驗部分76-77
• 4.3 結(jié)果與討論77-94
• 4.3.1 高壓 X 射線衍射實驗77-82
• 4.3.2 高壓拉曼散射實驗82-88
• 4.3.3 鋯石型到獨居石型結(jié)構(gòu)相變的位相關(guān)系驗證88-94
• 4.4 本章小結(jié)94-96
• 第五章 結(jié)論96-98
• 參考文獻(xiàn)98-112
• 致謝112-113
• 作者簡歷113-114
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的文章114

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 丁建華,張在宣,池元斌;高壓對YVO_4:Eu發(fā)光的影響[J];發(fā)光與顯示;1984年04期

2 韓榮江;孫德政;陳克正;;YP_xV_(1-x)O_4:Eu納米顆粒的水熱法制備與表征[J];青島科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年02期

  本文關(guān)鍵詞：鋯石型ABO_4氧化物納米材料的高壓研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：388900