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高压物理是研究高压下物质的物理化学性质的一门重要学科。通过有效地缩小原子或分子间的距离,高压可以导致材料的晶体结构、能带结构以及电子轨道结构等多种性质的变化,产生常压下无法观察的新现象。通过尺寸依赖的纳米材料的固.固相变的理论和实验研究可以有效揭示其独特性质,纳米材料例如纳米颗粒、纳米线、纳米带等等结晶相的稳定性高度依赖于它们的颗粒尺寸、形貌及其结构。高压下纳米材料的有限尺寸不仅影响其相变压力点,甚至影响到其相变路径,因此,研究高压下纳米晶的结构相变对理解纳米材料的结构稳定性是有十分重要意的义。
本论文主要利用超高压金刚石对顶砧技术研究一系列稀土化合物纳米晶的相变过程,比较其与体材料的差异,获得纳米晶的结构稳定性。本论文包含七章,内容如下:
第一章系统介绍了高压物理的研究内容和高压技术发展史,重点描述了金刚石对顶砧技术的发展概述和相关的各种技术,详细总结了纳米材料高压研究现状。
第二章研究了GdVO4:Eu3+亚微米晶和EUVO4亚微米晶和纳米晶在高压下的相变性质。GdVO4:Eu3+亚微米晶的高压拉曼光谱和高压荧光光谱表明,在7.4GPa其发生了锆石结构到白钨矿结构的相变,并且白钨矿相在压力释放后仍可存在。同样,常温高压下EuVO4亚微米晶和纳米晶发生了不可逆的从锆石相到白钨矿相的相变,EuVO4亚微米晶的相变压力点是5.6GPa,而EuVO4纳米晶相变压力点是6.9GPa,结果说明随着EuVO4样品颗粒尺寸的减小,其相变压力升高,高压下EuVO4纳米晶结构比亚微米晶更稳定。
第三章研究了单斜相的GdOOH:Eu3+、EuOOH和YOOH:Eu3+纳米棒在室温高压条件下荧光光谱的变化性质。采用Eu3+荧光作为探针,研究表明高压下这些样品从低压单斜相转变成一种高压四方相,GdOOH:Eu3+纳米棒在10.7GPa发生相变,EuOOH纳米棒在9.0GPa发生相变,YOOH:Eu3+纳米棒在13.4GPa发生相变。压力卸载后,高压下的四方相在常压下仍具有稳定结构,压致相变不可逆。对样品的高压研究发现,在室温下只使用高压手段就能得到四方相,拓展了获得高压四方相(RE)OOH的方法。
第四章利用水热法制备了Gd2O3:Eu3+和Y2O3:Eu3+纳米棒,研究了其在高压下的荧光性质。Gd2O3:Eu3+纳米棒,的原位高压荧光和拉曼光谱发生剧烈变化,实验表明在大约11.3GPa下Gd2O3:Eu3+纳米棒发生了立方相到六方相的压致相变,但在降压过程中,样品又转变为单斜相,且具有常压稳定性。与相应的体材料相比,Gd2O3:Eu3+纳米棒相变压力高,具有较好的压力稳定性。对Y2O3:Eu3+纳米棒的高压荧光研究也同样指出,在压力升到13.4GPa时,立方相开始转变为六方相,卸压过程中高压六方相又转变成单斜相。
第五章研究了CeO2纳米棒的高压性质,与CeO2体材料和纳米颗粒的相变压力相比,萤石结构的CeO2纳米棒在高压下结构更稳定,CeO2纳米棒的低维特性影响了其相比压力。
第六章使用水热法制备了六方相过渡金属氧化物MoO3微米棒。原位研究了六方相MoO3微米棒的高压拉曼光谱,研究表明在5.6GPa时,六方相转变为非晶相,大约13.2GPa六方相MoO3微米棒完全转化为非晶相,压力降低到常压后非晶相仍然保持,相变不可逆。
第七章对本论文的研究内容作详细总结。