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在复杂晶体化学键的介电理论框架下,在晶格能计算的基础上,本论文提出了晶格能密度的概念和计算方法,研究了ANB8-N型二元简单晶体体系中,晶格能密度、阳离子的化合价及配位数和晶体的体模量之间的关系,给出了晶格能密度、结构因子和体模量之间的定量关系式。并以键子式分解为手段,以分解具有复杂结构的晶体为代表赝二元晶体的键子式的方式,将在简单晶体体系中得到的定量关系推广到复杂晶体体系。基于此提出一种新的由晶体结构参数计算复杂晶体体模量的理论方法。
对铁酸钙型AR2O4晶体、锆石、独居石和白钨矿型ABO4晶体、烧绿石型R2M2O7晶体和α-和γ-R2MoO6晶体等复杂体系的结构进行研究,并系统的计算了各晶体组成化学键的属性以及表征晶体膨胀和压缩行为的膨胀系数和体模量等参数。研究了不同体系中不同类型化学键的成键特征,以及各种化学键对晶体的晶格能的贡献和对晶体膨胀以及压缩性质的作用。对比不同体系的膨胀系数和体模量的计算值和实验值,可以发现两者的符合程度很高,说明计算方法抓住了决定晶体膨胀和压缩行为的主要矛盾。
计算结果表明:当化学键中阳离子化合价增大、离子半径减小时,它们和配体氧之间的相互作用增强,相应化学键对晶格能贡献增加;同时由于其键体积减小,相应化学键的晶格能密度增大;对晶格能贡献大的化学键具有更小的膨胀系数和更大的体模量;晶体的膨胀系数和体模量值和各组成化学键的对应量均相关,晶体的膨胀系数取决于键数量占优势的化学键的膨胀系数值,而晶体的体模量则取决于键体积占优势的化学键的模量值。
另外,采用高温固相法和溶胶一凝胶法合成了α-和γ-R2MoO6型稀土钼酸盐晶体,并将溶胶一凝胶法合成的样品在不同的温度下进行灼烧,以得到晶粒尺寸逐渐变化的样品。测定了Gd2MoO6和Y2MoO6晶体的膨胀系数,其结果与计算结果相符,同时,还研究了在不同温度下灼烧的、Eu3+离子掺杂的R2MoO6(其中R为La、Gd或Y)体系的光谱特征,发现激发Mo-O基团会产生Eu3+离子的特征发射,这表明发生了从Mo-O基团到Eu3+离子的能量传递。结合晶体场理论讨论了Mo-O基团和Eu3+离子间的能量传递机理,以及晶体微观结构对能量转移过程的影响。