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高压科学己经成为现代科学技术的一个重要领域,作为温度和组分之外的另一维参数,压力对物质的各种性质都存在着不同程度的影响。压力可以有效地减小原子或分子间的距离,导致材料的晶体结构、能带结构和电子轨道结构等性质的变化,而且产生常压下无法获知的新现象。而纳米材料往往在高压下体现出与其体材料相当不同的物理化学性质,总结纳米材料在高压下的变化趋势和新相,极有可能引导新材料的发现。本文主要制备了不同尺寸和形貌的纳米材料,探讨压力对其结构和光学性质的影响。这为深入认识这些纳米材料的结构和物理性质,探索具有优异性能的新材料提供了初步线索。全文共有六章,其主要内容如下:
第一章简要介绍了高压技术及研究方法,回顾了几种高压效应及相关领域的研究进展。对纳米材料和纳米技术作了介绍,重点综述了不同维度的纳米材料在高压下的物性研究。
第二章采用溶液法制备了V205纳米晶,并通过原位高压Raman光谱手段对V205纳米晶和V205体材料的高压结构相变进行了比较研究。V205纳米晶在压力为8.8GPa时,发生了从正交相到单斜相的结构相变,并在压力达到14.5GPa时相变结束。而V205体材料,则是在10.5GPa时发生从正交相到单斜相的结构相变,并在压力高于16.6GPa时完全相变。V205纳米晶的各个拉曼峰随压力下的移动速度比其体材的移动速度快。卸压后,V205纳米晶及其体材在高压下新物质的特征在常温常压下依然保持稳定,说明该相变是不可逆的。
第三章采用溶液法制各了Se单晶纳米线,通过原位高压拉曼散射对Se纳米线在压力下的结构稳定性进行了研究。结果表明,单晶Se纳米线在18.1GPa附近发生从六方到单斜的结构相变,通过二项式拟合得到单晶Se纳米线的Raman模式的压力系数和Gruneisen常数。卸压后,样品又恢复到初始的结构状态,表明该结构相变是可逆的。与体材和纳米晶相比,Sc纳米线相变压强点的提高,可能是它的带隙增大造成的。
第四章采用Stober法和水热法制备了Y20a:Eu3+@Si02纳米晶和Y203:Eu3+纳米管,利用Raman光谱和PL光谱对它们的高压结构稳定性进行研究。在加压过程中,在压力为7.5GPa时,Y203:Eu3+@Si02纳米晶从立方相转变成单斜相;当压力达到15.2GPa时,从单斜相又转变为六方相。然而,Y203:Eu3+纳米管则在压力为13.4GPa时,从立方相直接转变为非晶相。在卸压过程中,Y203:Eua+@Si02纳米晶又从六方相转变为单斜结构。
第五章采用两步法制备了MnS/ZnS核壳量子点,通过发光光谱对高压下样品中Mn2+离子的4T16A1发光进行了研究。Mn2+离子的发光随压力增加而发生红移且发光强度逐渐减弱。在9.4GPa时,Mn2+离子的发光几乎消失。实验测得Mn2+离子发光峰的压力系数为-48.3 meV/GPa。发光峰的压力红移主要归因于压力导致晶体场强度增加和Rachah参数的减小。
第六章对前面的研究内容作了总结。