高压作用下几种纳米材料的性质研究

摘要

高压科学是现代科学技术的一个重要的研究领域。压力是温度和组分之外的另一维系数，压力作用于物质能够有效的减小物质的原子或分子间的距离，对物质的晶体结构，能带结构和电子轨道结构进行调制。物质在高压下往往能够表现出常压下所没有的新性质，从而提供人们一种新途径来解释各种现象。高压拉曼散射光谱是高压物性研究中的重要手段之一，在高压下，许多关于声子谱、电-声相互作用以及晶格振动的非简谐振动等信息都可以通过拉曼光谱来获得，采用拉曼光谱可以对物质随压力发生的结构相变进行研究工作。纳米材料与体材料相比，有着尺寸效应、限域效应和晶界效应等性质。在高压下，纳米材料往往能够表现出和体材料不同的物理化学性质，使得材料的新相和新材料的发现成为可能。本文采用高压技术手段对纳米材料进行相变研究，主要内容如下：
　　 第一章简要介绍了纳米材料和纳米材料技术，并对本实验室所采用的高压技术手段和研究方法进行了简单概括。
　　 第二章利用原位高压拉曼光谱研究手段，研究了典型宽禁带半导体发光材料ZnSe纳米棒堆球和纳米带堆球的高压结构相变，ZnSe纳米棒堆球在9.8 GPa发生了从闪锌矿向辰砂矿的结构相变，在11.4GPa开始向岩盐矿相转变，并在18GPa左右完成相变，而到了20GPa则发生晶体-非晶转变。ZnSe纳米带堆球没有发现闪锌矿-辰砂矿的相变特征，直接从11.4GPa开始转变为岩盐矿，并到实验最高压力25.8 GPa依然处于岩盐矿相。以上两个相变过程均为可逆相变，此外，ZnSe纳米棒堆球拉曼峰的移动速度比ZnSe纳米带堆球更快，本论文通过线性拟合计算出了样品的压力系数和格林埃森常数。
　　 第三章我们采用化学自组装法制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)蛋白石和CeO2∶Eu3+反蛋白石光子晶体，并对其进行了结构和光学性能上的表征。所制备的样品具有三维周期性fcc结构，并显示出了非常明显的光子禁带和自发辐射抑制作用。为了探索压力对样品的光子带隙调制作用，我们对样品进行了加压研究工作，然而并没有取得预想中的结果，还需要进一步的调试工作。
　　 第四章对整个工作做出了总结。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1纳米材料概述

1.2纳米材料的特性

1.2.1量子尺寸效应

1.2.2表面效应

1.2.3小尺寸效应

1.2.4宏观量子隧道效应

1.2.5库仑阻塞和量子介穿

1.2.6介电限域效应

1.3纳米材料的制备和应用

1.3.1气相法

1.3.2液相法

1.3.3固相法

1.4高压物理

1.4.1高压物理概述

1.4.2高压物理技术

1.4.3静高压实验装置

1.5高压研究的手段及应用

1.5.1高压Raman散射

1.6本论文的工作

第2章纳米结构硒化锌的高压相变研究

2.1背景介绍

2.1.1半导体纳米发光材料

2.1.2 ZnSe的研究背景

2.2纳米结构ZnSe结构表征及高压拉曼研究

2.2.1纳米结构ZnSe的结构表征

2.2.2纳米结构ZnSe的高压拉曼研究

2.3本章小结

第3章光子晶体的合成及压力作用研究

3.1背景介绍

3.1.1光子晶体概念

3.1.2光子晶体的性质

3.1.3光子晶体结构

3.1.4光子晶体的制备

3.2聚甲基丙烯酸甲酯蛋白石的制备及表征

3.2.1样品制备

3.2.2样品表征

3.3 CeO2：Eu3+反蛋白石的制备及表征

3.3.1样品制备

3.3.2样品表征

3.4光子晶体的压力作用研究

3.5本章小结

第4章总结

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果