锗dc到β-Sn结构的压致相变动力学研究

室温常压下锗是一种具有高载流子迁移率和窄带隙的半导体材料。在高压下,锗具有多种与硅相似的晶相,其有趣的高压行为如压致金属化和超导电性转变引起了高压研究领域的广泛关注。然而,其核心的高压相变动力学机制却鲜有深入研究。利用先进同步辐射光源的高通量X射线衍射结构诊断手段,结合基于金刚石压砧的快速动态压缩技术,研究了锗在高压相变过程中的结构演化机理。采用气膜与压电陶瓷相结合的快速加载方法,实现了数十太帕每秒的压缩速率。采用第三代同步辐射高通量粉光X射线衍射技术,实现了数十微秒时间分辨的结构解析。在相变过程中,新旧相中不同晶面的衍射强度变化存在一定的先后顺序,证实了锗的半导体相(金刚石立方结构)到金属相(β-Sn结构)的转变是位移型相变。此外,通过与静态压缩X射线衍射数据的对比,证实了在此相变过程中不同晶面消失/出现存在先后顺序的行为只能通过动态压缩和动态探测手段观察。     

铁磁形状记忆合金Mn2NiGa中应力诱发马氏体相的结构和磁性

采用金刚石对顶砧高压装置(DAC)和同步辐射X射线光源法,对Heusler类型的磁性形状记忆合金Mn2NiGa的结构进行了原位高压X射线衍射测量,并对卸载后的受压样品进行了磁测量.实验观察到材料在室温下分别在0.77 GPa和20 GPa压力下发生了两次不可逆结构相变:马氏体相变和两种不同马氏体间的等结构相变.同时加压使马氏体结构中产生了大量的缺陷,造成了严重的晶格畸变,致使马氏体结构的矫顽力提高了近10倍,达到204 kA/m.结果发现,加压处理造成样品马氏体相饱和磁化强度的大幅度降低,显示出明显的缺陷效应.     

铁磁形状记忆合金Mn2NiGa中应力诱发马氏体相的结构和磁性

采用金刚石对顶砧高压装置（DAC）和同步辐射X射线光源法,对Heusler类型的磁性形状记忆合金Mn₂NiGa的结构进行了原位高压X射线衍射测量,并对卸载后的受压样品进行了磁测量.实验观察到材料在室温下分别在0.77 GPa和20 GPa压力下发生了两次不可逆结构相变：马氏体相变和两种不同马氏体间的等结构相变.同时加压使马氏体结构中产生了大量的缺陷,造成了严重的晶格畸变,致使马氏体结构的矫顽力提高了近10倍,达到204 kA/m.结果发现,加压处理造成样品马氏体相饱和磁化强度的大幅度 关键词： 铁磁形状记忆合金 2NiGa')" href="#">Mn₂NiGa 高压 同步辐射     

高压对钴酸锂的晶体结构和离子导电率的影响

采用金刚石对顶砧(DAC)高压产生装置,结合同步辐射X射线衍射(XRD),对钴酸锂(LiCoO2)粉末样品进行室温下原位高压X射线衍射实验,最高压强达到20.3GPa。研究结果表明:在20.3GPa下,LiCoO2的晶体结构非常稳定,并没有发生结构相变;在20.3GPa范围内测量了晶体沿不同晶轴a、c方向的压缩比,发现LiCoO2沿c轴方向的压缩率是沿a轴方向的4.5倍;使用二阶Birch-Murnagha方程拟合出钴酸锂样品的等温状态方程。另外还采用高压原位交流阻抗谱技术(EIS),测量了不同压强下钴酸锂中锂离子导电率,最高压强达到16.8GPa时,发现在实验的压强范围内,随着压强的增加,离子导电率减小。最后将高压下锂离子的电导率与钴酸锂的晶体结构进行联系,进一步阐述了高压下钴酸锂的微观结构和电学性能之间的关系。     

金刚石压砧内单轴应力场对物质状态方程测量的影响

金刚石压砧的几何结构使得在高压下封垫内的样品通常处于单轴应力场中：压砧轴向加载应力最大,径向应力最小.由于金刚石压砧内非静水压单轴应力场的影响,用传统的高压原位X射线衍射方法测得的物质压缩曲线一般位于理想静水压压缩曲线之上.利用金刚石压砧径向X射线衍射技术以及晶格应变理论,结合最近的钨、金刚石和硼六氧样品的高压原位同步辐射径向X射线衍射实验结果,从宏观差应力、样品强度、标压物质和待测物质强度的关系三个方面分析讨论了金刚石压砧内单轴应力场对物质状态方程测量的影响及解决方案. 关键词： 金刚石压砧 单轴应力场 高压原位X射线衍射 状态方程     

铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的X射线衍射与相变分析

分析了斜方相、四方相铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的结构和X射线衍射图谱的特点. 对于铌酸钾钠基压电材料斜方相结构, 从构成晶胞的一个单斜原胞进行分析, 计算出X射线衍射谱上每个衍射角附近的衍射峰数目和相对强度. 提出了2θ在20°—60°范围内根据(1 0 2)衍射峰(52°附近)和(1 2 1)衍射峰(57°附近)劈裂的数目区分斜方和四方相的新方法. 对于多晶陶瓷粉末, 可以更简便的由22°(或45°)附近前后峰的相对高低来判断斜方、四方相. 关键词： 铌酸钾钠 无铅压电陶瓷 X射线衍射 相变     

β-BaB2O4晶体高压相变的X光衍射研究

 我们用金刚石压砧装置（DAC）高压X射线粉末衍射照相方法，研究了β-BaB₂O₄晶体的相变。压力从0.1 MPa逐步加至17.6 GPa，发现BBO由室温下的六方相经历了若干次相变后，当压力加至11.5 GPa时，转变为无定形相。在11.5 GPa压力前的相变是可逆的，一旦进入无定形相，则相变是不可逆的。     

第三代同步辐射光源X射线相干性测量研究

随着高性能第三代同步辐射光源的建成开放,基于X射线相干特性的实验方法得到了快速发展和广泛应用.作为一个典型的例子,X射线相位衬度成像已经成为常规的X射线实验方法并向用户开放.相干散射、相干衍射成像、光子关联谱等X射线实验方法正日益受到重视,在高空间分辨、时间分辨等研究领域已显示出其独特的优越性.因此,研究和测量第三代同步辐射的空间相干特性对进一步发展这些新的实验方法具有重要意义.基于Talbot自成像原理成功测量了上海光源X射线成像线站发射的X射线的空间相干长度,并进而测得了相应光源的空间尺度.光子能量为33.2 keV时,测得的X射线光束垂直方向空间相干长度为8.84μm,对应的光源尺寸为23μm,测量结果与理论分析相符.     

氧化镓的同步辐射研究

 利用金刚石对顶砧（DAC）高压装置产生高压，使用体积比为16∶3∶1的甲醇、乙醇和水混合液作为传压介质，通过原位高压同步辐射技术对氧化镓的高压行为进行了研究（0～42.5 GPa）。实验发现在室温下13.3 GPa压力附近，单斜结构的氧化镓发生了结构相变，变成三角结构。相变后镓离子由原来同时位于由氧离子围成的四面体和八面体的中心位置变成只位于八面体的中心位置。卸压后的X射线衍射谱表明，氧化镓又恢复为单斜结构，该相变为可逆相变。     

高压诱致的反式联苯乙烯酮结构相变与化学反应

 利用金刚石对顶砧（DAC）高压装置在室温下对反式联苯乙烯酮（Trans, Trans-Dibenzylideneacetone）分子晶体进行了高压拉曼谱、荧光光谱和能量色散X射线衍射（EDXRD）研究。结果表明,在压力为1.0~1.3 GPa时,反式联苯乙烯酮发生了晶体—晶体的结构相变,同时开始伴随有压力诱导的化学反应,反应完成的压力为6.5 GPa。高压X射线研究表明,这次相变有新的共价键产生,可能的化学变化过程是,C＝C双键打开再与相邻的分子结合生成新的共价键。在压力大约为11 GPa时,反式联苯乙烯酮分子晶体再次发生了晶体的结构相变。新产生的物质在卸压后依然保持稳定。     

Zn2SnO4纳米线高压下的相变研究

 利用金刚石对顶压砧（DAC）对具有反尖晶石结构的透明导体氧化物Zn₂SnO₄（ZTO）纳米线进行了原位高压同步辐射角散X射线衍射（ADXRD）研究。结果发现：在压力为12.9 GPa附近,晶体的对称性降低,并发生晶体结构相变,产生中间过渡相;当压力为32.7 GPa时,发生高压相变,形成高压相。在样品加压前后,纳米线的形貌发生了很大的变化。通过Birch-Murnaghan方程,拟合得到B′₀=4时的体弹模量B₀ =(168.6±9.7) GPa。     

BeO的高压能量色散X射线衍射研究

在北京同步辐射高压站进行了BeO高压原位能量色散X射线衍射实验. 在从常压下加压至42GPa的过程中,BeO保持常压的六方纤锌矿结构(Wurtzite),没有发生相变,晶胞体积随着压力增加单调减小.用Murnaghan方程拟合出BeO在0.6—42.0GPa范围内的P-V状态方程,得到体弹模量K₀=276GPa.     

天青石的等温状态方程和拉曼振动研究

利用金刚石对顶砧（DAC）装置产生高压,在室温下、0～32 GPa压力范围,对天青石（SrSO4）进行了原位高压X射线衍射和拉曼光谱研究. 根据高压X射线衍射的数据,测定了天青石的等温状态方程,得到天青石的零压体弹模量KT0＝83GPa（K'T0＝4）, 在所研究压力范围内没有观察到相变的发生. 高压拉曼光谱的数据显示,在5GPa左右,SO4四面体弯曲振动峰发生劈裂,这是由SO4四面体畸变引起的;同时,所有的拉曼振动峰都随着压力的增加而增加, 并且,高频模的平均压力导数要高于低频模的,根据以上数据获得了模格林奈森参数.     

高压下纳米锗的状态方程与相变

采用同步辐射能量色散X射线衍射技术和金刚石对顶砧高压装置，对晶粒尺寸分别为13，49，100nm的Ge进行了原位高压X射线衍射实验，最高压力为35GPa. 所得的体弹性模量分别为112，92，88GPa. 可以看出 随着晶粒尺寸的减小，其体弹性模量逐渐升高. 同时由立方金刚石结构转变为四方白锡结构的相变压力亦随之提高，其值分别为16.4，12.4，11.5GPa. 建立了一个描述晶粒尺寸与体弹性模量关系的模型，并用理论公式计算了相变压力随晶粒尺寸的变化. 尽管在数值上存在一定的误差，但理论计算结果成功预示了随着晶粒尺寸的减小，体弹性模量和相变压力增加的趋势，与实验结果相一致.     

基于同步辐射的X射线成像技术在静高压研究中的应用

随着同步辐射技术的发展,稳定、高强度、能量可调、具有优良相干性的X射线源成为现实,使得X射线成像技术在诸多领域得到了广泛的应用。成像方法也从传统的简单投影成像,发展出相衬成像、显微成像、相干衍射成像等多种实验技术。X射线衍射技术用于测量具有长程周期性的材料在微观尺度的结构信息;与之相比,X射线成像技术的可视化强,测量直接,可实现各种材料(晶体、非晶体、液体等)从微观、介观到宏观尺度的测量。近年来,X射线成像技术在静高压领域中有了长足的发展,如非晶态材料的物态方程测量、高压加载下的声速测量、熔融铁在地幔岩石中的输运过程研究、晶体材料中的应变分布以及材料相变的演化过程研究等。本文较系统地总结了X射线成像技术在静高压研究领域的应用,以期对今后的研究有所帮助。     

绿柱石的原位高压X射线研究

 采用同步辐射光源和金刚石对顶砧（DAC）技术,对绿柱石进行了室温下的原位高压能散X射线衍射（EDXD）研究,实验的最高压力为19.2 GPa。在实验压力范围内,未观察到绿柱石发生相变,轴压缩率c大于a;在小于9.3 GPa的压力范围内,其体积压缩率符合二阶Murnaghan状态方程,而压力在9.3～19.2 GPa范围内时,其体积压缩率有所增加,且体积-压力关系近乎线性变化。     

ZnS:Eu纳米晶的高压相变研究

采用同步辐射能量色散X射线衍射技术和金刚石对顶砧高压装置,对ZnS:Eu纳米晶进行了原位高压X光衍射实验.最高压力为30.8Pa.当压力为11.5GPa时,ZnS:Eu发生了一次从纤锌矿到闪锌矿的结构相变.在压力为16.0GPa时,又发生了明显的结构相变,相变后的结构为岩盐矿,其相变压力较体材料高.得到了Birch-Murnaghan状态方程、ZnS:Eu纳米晶的体模量和压力导数.ZnS:Eu纳米晶的体模量高于体材料的值,表明纳米材料较体材料的硬度高.     

上海光源硬X射线相干衍射成像实验方法初探

相干X射线衍射成像方法是一种先进的成像技术,分辨率可达纳米量级.国际上大多数的同步辐射装置和自由电子激光装置都建立了该成像方法,并有将其作为主要成像技术的趋势.上海光源作为目前国内唯一的一台第三代同步辐射光源,尚未建立基于硬X射线的相干衍射成像实验平台.随着一批以波荡器为光源的光束线站投入使用,使得该方法的建立成为了可能.本文基于上海光源BL19U2生物小角散射线站,通过有效的光路设计,搭建了相干衍射实验平台,在12 keV和13.5 keV能量点均获得了硬X射线相干光束,并基于小孔衍射测量了入射光束的空间相干长度.该平台支持常规和扫描相干衍射实验模式,对小孔衍射图样及波带片扫描衍射图样实现了正确的相位重建,证明了该平台初步具备开展硬X射线相干衍射成像实验的能力.硬X射线相干衍射成像实验平台为国内首次建立,将为国内该实验方法的发展和应用提供有效的软硬件支持.     

无定形硒的高压同步辐射研究

采用原位高压同步辐射X射线衍射技术, 利用金刚石对顶砧(DAC)装置产生高压, 测定了无定形硒在室温下、74.3GPa的压力范围内的同步辐射X射线衍射谱. 在实验压力范围内, 发现无定形硒在10GPa到11Gpa压力范围内发生了压致结晶变化, 其结晶后的产物为六角晶体与一种新的高压金属相^{[6]<\sup>的混合体. 值得说明的是该高压金属结构一直到42GPa时仍稳定存在, 到42GPa以后才转变成正交结构. 分别观察到了在30GPa和60GPa左右发生的从单斜相到正交相和从正交相到菱方相的结构相变, 这分别与Mao等人[1]<\sup>和Akahama等人[3]<\sup>从六角结构硒晶体出发得到的实验结果相同.}     

纳米硫化锌球壳的高压相变研究

 采用同步辐射能量色散X射线衍射（EDEX）技术和金刚石对顶砧高压装置,对纳米硫化锌球壳进行了原位高压X射线衍射实验。最高压力达33.3 GPa。常压下纳米硫化锌球壳为纤锌矿结构和闪锌矿结构共存的混相结构。压力达到11.2 GPa时,纳米硫化锌空心球中的纤锌矿结构全部转变为闪锌矿结构。压力达到16.0 GPa时,发生了由闪锌矿结构向岩盐矿结构的相变,在17.5 GPa和21.0 GPa时分别出现未知峰,33.3 GPa时基本完全转变为岩盐矿结构。两个相变均为可逆相变。