有機(jī)分子晶體及釹摻雜的釩酸釔晶體的高壓研究.pdf

1、高壓已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)的一門重要的技術(shù)，在物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)、地球科學(xué)等領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。壓力作為除溫度外的一維條件，對(duì)物質(zhì)的各種性質(zhì)都存在著不同程度的影響。對(duì)物質(zhì)作用的基本效應(yīng)是減小分子間或原子間的距離，從而引起物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)(晶體結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、原子排列方式)的變化，進(jìn)而造成材料的能帶結(jié)構(gòu)、電子排布、電子軌道結(jié)構(gòu)、電子態(tài)密度等性質(zhì)的一系列變化。同時(shí)，高壓或高溫高壓又是一種非常有效的合成各種功能材料的手段。因此，對(duì)高壓下材料

2、的物性的研究就顯得非常重要。本文對(duì)幾種有機(jī)芳香族共軛化合物包括苯乙酮連氮、反式聯(lián)苯乙稀酮、芐連氮和無(wú)機(jī)化合物釹摻雜的釩酸釔晶體的高壓下的物性進(jìn)行了研究。本文共包含以下七章：
　　 第一章，簡(jiǎn)要介紹了高壓技術(shù)及研究方法的發(fā)展，回顧了幾種高壓效應(yīng)及相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展。著重介紹了金剛石對(duì)頂砧技術(shù)，相關(guān)的傳壓介質(zhì)以及壓力的定標(biāo)。
　　 第二章，對(duì)有機(jī)分晶體和稀土離子發(fā)光作了介紹，綜述了有機(jī)分晶體和稀土離子發(fā)光在高壓下的物性研究。

3、最后介紹了本文的設(shè)計(jì)思想。
　　 第三章，對(duì)苯乙酮連氮運(yùn)用高壓拉曼和高壓熒光譜技術(shù)進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)最高壓力為17.7GPa。苯乙酮連氮分子晶體在高壓下經(jīng)歷了兩次晶體-晶體的結(jié)構(gòu)相變，相變壓力分別為3.6和5.8GPa。在壓力超過(guò)8.7GPa后，反映晶格振動(dòng)的拉曼模以及C-H振動(dòng)模弱化消失，表明苯乙酮連氮分子晶體發(fā)生了晶體到非晶化的轉(zhuǎn)變，完全非晶化的壓力為12.1GPa。這種非晶化狀態(tài)并不穩(wěn)定，高壓誘導(dǎo)的聚合反應(yīng)接著發(fā)生了。卸壓以

4、后，樣品沒(méi)有恢復(fù)到初始的結(jié)構(gòu)形態(tài)，聚合生成物的狀態(tài)特征在常溫常壓下依然保持穩(wěn)定。苯乙酮連氮分子晶體在12GPa以上發(fā)生壓力誘導(dǎo)的化學(xué)反應(yīng)暗示著這種類型的化合物或許包含具有深遠(yuǎn)意義的未知變化。
　　 第四章，在常溫下對(duì)反式聯(lián)苯乙烯酮進(jìn)行了高壓原位拉曼、熒光光譜以及高壓能量色散XRD研究。在壓力大約為1.0-1.3GPa時(shí)，反式聯(lián)苯乙烯酮發(fā)生了晶體-晶體的結(jié)構(gòu)相變，同時(shí)有固相化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，反應(yīng)完成的壓力為6.5GPa。在EDXRD散

5、射譜中有新的共價(jià)鍵類型的散射峰出現(xiàn)，推測(cè)為這次固相化學(xué)反應(yīng)所致。可能的化學(xué)反應(yīng)途徑可能是分子中碳碳雙鍵(C=C)的斷開(kāi)，相鄰的分子之間再相互結(jié)合形成新的聚合分子。在壓力為11 GPa時(shí)，新產(chǎn)生的物質(zhì)有結(jié)構(gòu)相變發(fā)生。卸壓以后，新的物質(zhì)特征在常溫常壓下依然保持穩(wěn)定。
　　 第五章，在常溫下對(duì)釹摻雜的釩酸釔晶體進(jìn)行了高壓原位拉曼和熒光光譜研究，最高壓力為10.88 GPa。研究發(fā)現(xiàn)，壓力對(duì)釹摻雜的釩酸釔晶體的發(fā)光強(qiáng)度和躍遷能級(jí)有顯著的

6、調(diào)節(jié)效應(yīng)。從常壓到大約7.5GPa過(guò)程中，釹摻雜的釩酸釔晶體的發(fā)光強(qiáng)度逐漸減弱，熒光峰位向著長(zhǎng)波方向移動(dòng)。壓力超過(guò)7.5GPa后，發(fā)光強(qiáng)度急劇減小，峰位紅移速率明顯變慢。表明7.5GPa對(duì)釹摻雜的釩酸釔晶體是一個(gè)臨界壓力點(diǎn)，在這一壓力下晶體發(fā)生了結(jié)構(gòu)相變，晶體場(chǎng)也隨之發(fā)生了突然的轉(zhuǎn)變。新的光譜特征在卸壓后依然存在，表明這次結(jié)構(gòu)相變是不可逆的。
　　 第六章，在常溫下對(duì)有機(jī)芳香族共軛化合物芐連氮分子晶體進(jìn)行了原位高壓拉曼和高壓能量

7、色散XDR研究。高壓拉曼和高壓能量色散XDR實(shí)驗(yàn)的最高壓力分別為17.8GPa和15.1 GPa。研究發(fā)現(xiàn)芐連氮分子晶體在壓力大約為2.2GPa和6.5GPa時(shí)分別發(fā)生了晶體-晶體的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。在12GPa以上，根據(jù)反映晶格的外部振動(dòng)模和C-H振動(dòng)模的弱化消失判斷芐連氮分子晶體發(fā)生了晶體-非晶體的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。高壓下的非晶態(tài)芐連氮并不穩(wěn)定，在壓力的作用下發(fā)生了固相化學(xué)聚合反應(yīng)。卸壓以后，這種新的聚合物可以存在于常壓狀態(tài)，初始的結(jié)構(gòu)形態(tài)無(wú)法再恢