钙钛矿结构Pb、Te氧化物的合成与物性研究

摘要

钙钛矿氧化物具有优异的物理及化学性能，如铁电性、铁磁性、压电性等，成为现代材料领域的研究热点。另外，由于含Pb或者含Te原子的钙钛矿化合物中会产生结构畸变出现新的性能而被学者广泛研究，因此本文对钙钛矿结构的Pb、Te氧化物的合成与物性展开了探索性研究。
　　本论文的工作主要包括三部分，第一部分采用熔融法合成出四方相、斜方相和立方相的PbTeO3，并对合成的样品进行物相分析，未得到纯相的样品;第二部分利用水热合成法制备出四方相PbTeO3单晶样品，对四方相PbTeO3单晶样品进行粉末X射线衍射、红外吸收光谱、常压拉曼光谱和高压拉曼光谱测量分析后得到以下结论:
　　(1)四方相PbTeO3的红外吸收光谱测量显示四个吸收峰分别位于634cm-1、649cm-1、670cm-1和734cm-1的位置，其中600cm-1至700cm-1处的吸收峰归属于Te-O键的伸缩振动。
　　(2)结合理论计算的结果发现实验测量得到的常压拉曼谱中，位于600cm-1至800cm-1波数段的拉曼峰归属于TeO32-酸根中Te-O键的对称伸缩振动模和反对称伸缩振动;位于178cm-1至400cm-1波数段的拉曼峰归属于TeO32-酸根整体的旋转、弯曲、摇摆等外振动模;而波数值小于144 cm-1的拉曼峰是由晶格振动模和TeO32-酸根刚性多面体单元的外振动模共同引起的。
　　(3)高压原位测量拉曼光谱研究发现，随着腔体压力增大至13.4 GPa时，四方相PbTeO3的拉曼光谱在119cm-1位置处的拉曼峰劈裂成两个拉曼峰，这可能是由TeO32-酸根刚性多面体的旋转所致，并不是PbTeO3在压力的作用下发生相变;当压力升至18GPa时，整个拉曼谱的拉曼峰出现峰形变宽，强度减弱的情况，说明此时拉曼振动模开始出现软化，四方相PbTeO3的晶体结构开始出现不稳定的情形。
　　第三部分采用水热合成法制备出纯相的正交结构的Pb2Te3O8晶体，对正交相的Pb2Te3O8进行红外吸收光谱、紫外可见吸收光谱以及拉曼光谱测量分析发现:
　　(1) Pb2Te3O8的红外吸收峰位置分别位于404cm-1、578cm-1、658cm-1、694cm-1、739cm-1位置处;
　　(2)由Pb2Te3O8的紫外吸收光谱计算出了Pb2Te3O8是带隙宽度为3.57ev的绝缘体;
　　(3)正交相Pb2Te3O8单晶的常压拉曼光谱图，根据相关研究我们推测在Pb2Te3O8中，600cm-1-800cm-1波数范围内的637cm-1、657cm-1、689cm-1、723cm-1、736cm-1和761cm-1六个拉曼峰是属于内部伸缩振动模，50cm-1-400cm-1频率范围的振动对应于晶格振动模式和Te3O84+基团的外振动模式;
　　(4)高压原位测量拉曼光谱显示正交相的Pb2Te3O8晶体结构可稳定的保持至腔体压力达到21.8 GPa而不发生相变。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 钙钛矿结构材料的研究背景及科学意义

1．2 钙钛矿结构氧化物的基本物理性质

1．2．1 钙钛矿结构氧化物的结构及其特性

1．2．2 钙钛矿结构氧化物的制备方法

1．3 论文选题的目的及意义

1．4 本论文各部分的主要内容

第2章 实验设备及测试技术

2．1 水热法合成原理、高压釜装置及操作技术

2．1．1 水热法合成原理

2．1．2 高压反应釜装置及操作技术

2．2 金刚石对顶砧装置及原理

2．3 高压拉曼散射光谱技术

2．3．1 拉曼光谱介绍

2．3．2 高压拉曼光谱

2．4 测试技术

2．4．1 粉末X射线衍射(XRD)分析

2．4．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．4．3 X射线能量分散谱(EDS)元素分析

2．4．4 傅里叶变换红外光谱(FTIR)

2．4．5 紫外-可见吸收光谱

2．5 密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)

第3章 钙钛矿结构Pb、Te氧化物的制备与表征

3．1 熔融法制备四方相、斜方相和立方相PbTeO3样品

3．1．1 熔融法制备四方相PbTeO3样品

3．1．2 熔融法制备斜方相PbTeO3样品

3．1．3 熔融法制备立方相PbTeO3样品

3．2 水热法制备四方相PbTeO3和Pb2Te3O8

3．2．1 水热法制备四方相PbTeO3

3．2．2 水热法制备正交相Pb2Te3O8

3．3 本章小结

第4章 四方相PbTeO3和正交相Pb2Te3O8的光谱性质

4．1 四方相PbTeO3的光谱性质

4．1．1 四方相PbTeO3的FTIR光谱

4．2 正交相Pb2Te3O8的光谱性质

4．2．1 正交相Pb2Te3O8的FTIR光谱

4．2．2 正交相Pb2Te3O8的紫外光-可见光吸收光谱

4．3 本章小结

第5章 四方相PbTeO3和正交相Pb2Te3O8的拉曼研究

5．1 四方相PbTeO3常压拉曼光谱的理论计算及实验测量

5．2 四方相PbTeO3的高压拉曼光谱

5．3 正交相Pb2Te3O8的常压拉曼光谱

5．4 正交相Pb2Te3O8的高压拉曼光谱

全文总结及展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果