立方氮化鈮的高溫高壓合成與表征.pdf

1、過渡金屬氮化物(TMNx)具有豐富的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、超導(dǎo)和催化等性能，在物理和材料等領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注，硬超導(dǎo)材料立方氮化鈮(δ-NbN)就是其代表之一。但由于TMNx在常壓下熱力學(xué)穩(wěn)定性通常較差，在合成過程中容易高溫脫氮，使得理想化學(xué)計量比的δ-NbN合成相對困難，大多數(shù)樣品通常為缺氮相的δ-NbNx，在一定程度上影響了對δ-NbN的物性研究。例如，δ-NbN的體彈模量B0=348GPa就是使用NbN0.90(1)樣品在非靜水壓條件

2、下通過高壓原位同步輻射實驗測得的，具有一定爭議。因此，尋找有效途徑合成理想化學(xué)計量比的δ-NbN并以之為樣品進行物性研究具有重要意義。
　　近年來，高溫高壓技術(shù)被逐步應(yīng)用到了TMNx的合成中，并成功合成了大量在常壓下未能合成的高含氮量TMNx和較難合成的理想化學(xué)計量比的TMN。相比于常壓，高壓條件更有利于提高TMNx的熱力學(xué)穩(wěn)定性，有利于高含氮量TMNx和理想化學(xué)計量比TMN的合成。因此，本文選用高溫高壓技術(shù)來合成理想化學(xué)計量比的

3、δ-NbN，進而開展高壓原位同步輻射實驗和電阻率、磁化率、室溫塞貝克系數(shù)測試，并結(jié)合第一性原理計算研究δ-NbN的彈性、塑性性質(zhì)以及能帶結(jié)構(gòu)，具體結(jié)果如下:
　　首先進行壓力和溫度標定實驗，為合成實驗提供了0-15.5GPa、0-1700℃的壓力和溫度條件保障，然后以KNbO3和hBN為原料在5.5GPa、1400℃條件下成功合成了接近理想化學(xué)計量比的δ-NbN，解決了理想化學(xué)計量比δ-NbN的合成困難問題，保障了物性測量的樣品需

4、求。以所合成接近理想化學(xué)計量比的δ-NbN為樣品，在靜水壓條件下進行高壓原位同步輻射實驗，得到δ-NbN體彈模量的精確結(jié)果B0=319(2)GPa，證明了δ-NbN的強抗壓縮能力，為研究抗壓縮性能的物理機制提供了重要參考價值。通過電學(xué)、磁學(xué)和熱電測試，得到δ-NbN的超導(dǎo)臨界溫度和室溫塞貝克系數(shù)分別為Tc=15.3K和S=4.37uV/K。通過第一性原理計算，得到δ-NbN的單晶彈性常數(shù)、體彈模量、剪切模量和泊松比分別為C11=706.