高压下AlN纳米线的介电性质

利用高压X射线衍射和高压原位电化学阻抗谱法研究了AlN纳米线的高压结构和电学性质.研究结果表明:AlN纳米线的电学参数均在22.6 GPa发生了突变,该突变与样品发生了从纤锌矿到岩盐矿的结构相变相关.岩盐相中晶格对电子的散射在电传导中起主导作用;不同于纤锌相中的长程传导,岩盐相中存在短程传导,且其作用随压力增加而增大;纤锌相的介电损耗峰在1Hz且不受压力影响;岩盐相的介电损耗峰随压力减小且向低频方向移动.本研究将为AlN及其相关材料的进一步研究和应用提供实验依据.     

氮化铝纳米线的高压同步辐射研究

利用金刚石对顶砧和同步辐射光源,对用电弧法制备的、具有纤锌矿结构的氮化铝(AlN)纳米线进行了最高压力达51.1 GPa的原位角散X射线衍射研究。结果表明:当压力上升至24.9 GPa时,纤锌矿结构的AlN纳米线开始向岩盐矿结构转变;当完全卸压后,最终的岩盐矿结构被保留下来;纤锌矿AlN纳米线的轴向比例c/a随压力增加而线性减小。AlN纳米线独特的线状结构决定了其区别于AlN微晶和AlN纳米晶的高压行为。     

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。     

高压下ZnSe 纳米带的结构相变及拉曼散射研究

 利用高压原位角散X射线衍射实验研究了ZnSe纳米带的结构稳定性。发现样品在12.6 GPa 附近存在一个从立方闪锌矿型到立方岩盐矿型的结构相变,并且在相变点附近存在较大的体积收缩,相对体积变化率达13%。利用Birch-Murnaghan 状态方程拟合,得到了闪锌矿相的体弹模量约为56 GPa,略低于体材料的体弹模量（约67 GPa）;并得到其立方岩盐矿相的体弹模量约为116 GPa。高压拉曼散射实验结果表明,横光学声子模散射峰在5.5 GPa压力附近发生劈裂,纵光学声子模散射峰在12.8 GPa压力以上逐渐消失。根据角散实验的体弹模量数据,计算得到了闪锌矿相中对应不同声子模式的格林爱森常数。     

不同粒径纳米晶硫化锌的高压结构相变研究

 应用原位能量色散X射线散射和金刚石对顶砧技术，对纳米晶ZnS进行了高压结构相变研究。初始相为纤锌矿结构的10 nm和3 nm硫化锌分别在16.0 GPa和16.7 GPa时转变为岩盐矿结构，相变压力均高于纤锌矿结构的体材料硫化锌。该相变为一可逆的结构相变。应用大型科学计算软件Materials Studio（MS）计算了纳米晶ZnS的状态方程，根据Birch-Murnaghan方程拟合了纳米晶ZnS的零压体模量，得到的零压体模量高于相应体材料的零压体模量，表明纳米晶ZnS较难压缩。     

高压下纳米晶ZnS晶粒和晶界性质及相变机理

采用高压在位交流阻抗谱技术,研究了ZnS纳米晶在0—29.8 GPa压力范围内的晶粒和晶界性质变化及相关相变机理.从晶粒和晶界的模谱图像中观察到,随着压力的增加,象征晶界影响的圆弧逐渐增加,而代表晶粒作用的圆弧逐渐减弱.此外,晶粒电阻和晶界电阻随压力的升高呈现不同的变化速率,并在11和15 GPa处出现了不连续变化点,分别对应着由纤锌矿到闪锌矿到岩盐相结构转变的压力点.进一步通过分析相变过程中晶界弛豫频率随压力的线性变化关系,研究了ZnS由纤锌矿到闪锌矿到岩盐相的相变机理.     

高压下ZnSe直流和交流电学性质的研究

采用高压原位测量技术在0–35 GPa压力范围内对ZnSe直流和交流电学性质进行了研究. 通过分析直流电学测量结果可知,在实验压力区间内ZnSe经历了由纤锌矿转变为朱砂相再转变为岩盐相的两次相结构转变. 分析温度与材料电阻率的变化关系表明ZnSe在高压下的相变为金属化相变,并通过交流阻抗谱的测量实验证实了这个结论. 进一步比较低压条件下晶粒和晶界电阻的变化,表明朱砂相结构的ZnSe更接近各向同性材料. 关键词： 高压 ZnSe 电学     

Ag掺杂氧化锌纳米材料的制备及高压相变拉曼光谱研究

宽禁带直接带隙半导体材料氧化锌（ZnO）,具有优异的光电性能、机械性能和化学特性。ZnO材料的结构对其性能影响较大,元素掺杂可改变ZnO晶体结构和带隙宽度,是提升ZnO材料性能的有效手段,当前常用Ag掺杂ZnO即为提高光催化反应效率。高压独立于温度、成分,是调控材料结构组织性能的重要手段,是产生新材料、发现新调控原理的重要因素。该研究通过对比纯ZnO晶体和Ag掺杂ZnO晶体的高压相变行为,揭示了元素掺杂对ZnO纳米晶体材料结构性能的影响。研究首先采用水热法辅助制备纯ZnO纳米微球和Ag掺杂ZnO纳米微球（1∶150Ag/ZnO）,表征结果显示水热法合成的纯ZnO和1∶150Ag/ZnO均为六角纤锌矿晶体结构,形貌均为几十纳米尺寸小颗粒堆积形成的微球,ZnO晶格常数随着Ag离子掺杂而变大,Ag掺杂导致ZnO晶格膨胀。随后应用金刚石压腔结合原位拉曼光谱技术测定了纯ZnO和Ag掺杂ZnO的高压结构相变行为。相比于纯ZnO拉曼峰,Ag掺杂ZnO的E₂（high）振动模式439 cm-1拉曼峰峰宽变窄,并呈现向低频方向移动的趋势,与无定形ZnO谱峰相近,表明Ag+取代Zn2+影响了Zn-O键,同时也影响了ZnO晶格结构的长程有序性。随体系压力增大,表征六角纤锌矿结构ZnO的拉曼特征峰439 cm-1出现瞬间弱化和宽化。压力增大至9.0 GPa时,纤锌矿结构ZnO拉曼特征峰439 cm-1消失,585 cm-1处出现新峰,ZnO晶体发生由六角纤锌矿向岩盐矿的结构转变。压力继续增大至11.5 GPa,新的拉曼峰显著增强,峰形变窄,同时向高波数方向移动,相变完成,岩盐矿结构ZnO性能稳定。1∶150 Ag/ZnO从六角纤锌矿结构到立方岩盐结构的相变压力为7.2 GPa,低于纯ZnO。相变压力降低表明晶体结构稳定性下降,可能的原因在于掺杂Ag导致ZnO晶格膨胀,晶体结构松弛,两相相对体积变化增加,从而导致相变势垒降低,使样品在较低压力下发生相变。纳米材料的高压研究揭示了元素掺杂对材料结构稳定性的影响,是纳米材料调控原理的潜在研究手段。     

纤锌矿GaN外延层薄膜热膨胀行为的变温Raman散射研究

本文对纤锌矿结构GaN外延层薄膜的热膨胀行为进行了研究,结合热膨胀系数的物理意义与变温Raman散射时声子频移的变化规律,研究了热膨胀系数与变温Raman散射之间的关系.结果表明:通过测量Raman声子E_2(high),A_1(TO)和E_1(TO)频移与温度之间的线性关系,结合相应声子Gruneisen参数的涵义,可对纤锌矿结构GaN外延层薄膜在一定温度范围内的热膨胀系数进行测量.本文提供了一种表征纤锌矿结构GaN外延层薄膜热膨胀行为的有效方法,为进一步研究III族氮化物外延层薄膜在生长过程中热膨胀系数的匹配、降低外延层薄膜中的位错密度并提高发光二极管的发光效率提供了理论依据.     

相变及空位缺陷对AlN在高压下光学性质的影响

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法, 计算了AlN理想晶体和含铝、氮空位点缺陷晶体在100 GPa压力范围内的光学性质. 波长在532 nm处的折射率计算结果表明：AlN从纤锌矿结构相转变为岩盐矿结构相将导致其折射率增加; 铝空位缺陷将引起AlN岩盐矿结构相的折射率增大, 而氮空位缺陷却导致其折射率降低. 能量损失谱计算数据指明：结构相变使得AlN能量损失谱蓝移、主峰峰值强度增强;铝和氮空位缺陷将导致AlN岩盐矿结构相的能量损失谱主峰进一步蓝移、峰值强度再次增强. 计算预测的结果将为进一步的实验探究提供理论参考.