高压下BaMnO4的电输运性质研究

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BaMnO4作为一种性能优异的材料,常被用在有机化学反应中做氧化剂或催化剂;同时,由于Mn O42-含有较高的氧化还原电位,BaMnO4也被用在碱性干电池领域。压力作为独立于温度和化学组分的热力学参量,为物质研究提供了新的维度。在压力作用下,物质中原子的间距会减小,晶格结构会发生转变,物理和化学性质也会发生意想不到的改变,产生常压下不存在的奇异现象,因此,压力是新物质、新理论、新概念创造的源泉。在本论文中,我们对BaMnO4材料在高压下的电输运和结构特性开展了原位研究,得到如下研究结果:1、在0-30.7 GPa的压力范围内,测量BaMnO4的交流阻抗阻抗谱,并选择合适的有效电路对阻抗谱进行拟合。0-2.1 GPa,BaMnO4的阻抗谱由半圆弧和一条上扬45°的直线构成,表明此时BaMnO4的电输运特性为典型的离子传导;当压力超过2.1 GPa,阻抗谱只由半圆弧构成,阻抗虚部随频率的减小而稳定趋于零,此时样品导电机制转变为电子传导。说明在压力的作用下,BaMnO4的离子传输通道被压缩,离子被限制在晶格的刚性格点上。通过分析拟合的等效电路,发现在13 GPa之前,电阻随压力的增加而减小;但在13 GPa之后,电阻的减小趋势明显变弱。此外,在0-30.7 GPa的实验压力范围内,样品的晶粒与晶界电阻对压力的响应规律一致,且晶界电阻一直大于晶粒电阻。2、在0-31 GPa的压力范围内,对BaMnO4进行了高压同步辐射XRD实验研究。在压力作用下,BaMnO4各衍射峰都随压力的增大向高角度方向移动,且衍射峰明显展宽,峰强变弱,但是没有新衍射峰的出现与旧衍射峰的消失,在31 GPa的压力范围内,BaMnO4始终维持正交晶系结构稳定。3、利用Calculate abc V软件对BaMnO4高压下各晶面间距d与晶胞体积进行了计算,得到了(111)、(200)、(021)、(210)、(121)和(211)等特征晶面面间距d随压力的变化关系。结果显示,在13 GPa前后,BaMnO4各晶面面间距随压力的增加展现出两种不同的变化趋势。在0-13 GPa,d值随压力的增大而快速减小,晶体结构越来越致密;当压力超过13 GPa后,晶面间距的减小趋势不再明显,表明样品BaMnO4在13 GPa处有一个等结构相变。晶面面间距随压力的变化趋势与电阻的变化趋势完全相符,说明样品电学性质的变化是由BaMnO4压致等结构相变引起的。
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