论文部分内容阅读
众所周知,由于五氧化二铌（Nb2O5）化学性能稳定、光电性能优异、具有高介电常数和高折射率,在制造化学纤维板、单片电容、压电陶瓷和特殊光学玻璃等领域有着重要的应用前景。高压科学技术作为材料研究新手段,已经被广泛的应用在物理学、地球科学和材料学等各个研究领域。基于基础物理研究角度来说,高压技术研究主要目的是为了发现晶格结构在压力诱导下的相变过程,理解相变机制;基于应用的角度来看,高压技术研究是为了发现具有新特性的高压相。如果利用高压技术获得高压相,并且这个高压相的新颖特性能够随其晶格结构一同被保留至常压环境。那么,高压技术可以被视为合成新型功能材料的一种重要手段。本篇论文主旨是利用高压科学技术,结合高压原位同步辐射X光衍射（XRD）、对分布函数分析（PDF）、紫外-可见光透过率光谱（UV-visible）,拉曼光谱（Raman）和X光吸收光谱（XAFS）等测试手段,研究Nb2O5高压下的结构相变,理解Nb2O5高压相变机制,探索Nb2O5高压下的光学性质。本文研究结果如下:1.对单斜相H-Nb2O5进行了高压结构相变研究,发现其在9 GPa的压力下发生由单斜相向正交相的结构转变,并且当压力到达21.4 GPa时发生压力诱导非晶化结构相变,由正交相转变为无定型的非晶态结构。PDF和XAFS光谱数据揭示了单斜相向正交相的结构相变过程中,部分NbO6八面体发生破坏和崩塌转变为NbO7十面体;Nb2O5在压力诱导非晶化的相变过程中,最近邻的共边NbO6八面体和共边NbO7十面体的连接方式基本上被最大程度上的保留下来,阐明了Nb2O5压致非晶源自于高压下NbO6八面体和NbO7十面体长程秩序的破坏。2.研究了高压下Nb2O5光学性质的变化,发现当压力达到8 GPa时,其透光率在可见光至近红外（4501000 nm）区间内随着压力的增大而提高,并且在压力达到22.2 GPa以上时出现了明显的增强,呈现出良好的透光特性。这表明Nb2O5在压力诱导非晶化后具有较高的透过率,透光率最高可达52%。在卸至常压过程中,我们发现这种压致非晶结构是不可逆的,并且在恢复至常压下样品依旧保持较高光学透过率。这种黑色透光非晶材料在特种光学玻璃等功能材料领域中具有潜在应用价值。