磷硅酸盐微结构及其拉曼光谱的量子化学计算

构建了系列典型的磷硅酸盐团簇结构模型,应用量子化学从头计算方法研究了磷硅酸盐的精细结构,选用Restricted Hartree-Fock(RHF)方法以及6-31G(d)基组优化空间几何构型,并计算了其拉曼光谱,同时引入硅氧四面体应力指数(SIT)分析和讨论了磷氧四面体对硅氧四面体微环境的影响。研究表明,磷硅酸盐高频区硅氧四面体非桥氧的对称伸缩振动频率不仅与非桥氧所处的硅氧四面体本身的种类有关,同时也与其邻接四面体种类及成环状况有关;磷氧四面体具有较强的键角调节和应力传导能力,使得硅氧四面体的振动频率相对键角不敏感;硅氧四面体非桥氧的对称伸缩振动频率随硅氧四面体应力指数(SIT)的增加而增加,并呈线性关系。     

钠钛硅酸盐精细结构及其拉曼活性分子振动的量子化学从头计算研究

本文选取了Na_2O-TiO_2-SiO_2体系不同成分的团簇模型,采用量子化学从头计算方法计算其拉曼振动频率和相对散射活性。本文分析了钛硅酸盐中硅氧四面体([SiO_4])的局域环境变化对特征拉曼振动频率的影响,对硅氧四面体应力指数进行了拓展与修正,研究表明钠钛硅酸盐拉曼光谱高波数区硅氧四面体非桥氧对称伸缩振动频率随相应的硅氧四面体应力指数的增加而增加,并表现出良好的线性相关性。采用拉曼光谱和~(29)Si NMR对Na_2TiSiO_5玻璃进行解谱、定量分析和比较,并认为869 cm~(-1)处的谱峰归属为Q_(1(Si))中非桥氧的对称伸缩振动。     

链状硅酸盐矿物的拉曼光谱研究

本文基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势法,利用CASTEP计算模块对四种典型链状(铝)硅酸盐矿物进行拉曼振动活性与拉曼光谱的模拟计算,同时测定了矿物的拉曼光谱,确定了四种矿物拉曼振动谱峰的归属,并结合硅氧四面体应力指数(SIT)进行了分析。结果表明,CASTEP计算模块可以有效获知(铝)硅酸盐矿物特征结构的拉曼振动模式的归属;链状(铝)硅酸盐矿物硅氧四面体局域环境与SiOT非桥氧对称伸缩振动波数之间的关系仍可用SIT指数描述。     

Na_2O-Al_2O_3二元系团簇微结构与特征拉曼振动波数的相关性

针对含铝四配位Na_2O-Al_2O_3二元系熔体团簇结构,构建了九种团簇模型,并对其拉曼振动波数和散射活性进行了密度泛函理论(DFT)计算。微结构的命名参考了硅酸盐体系的命名规则~([1]),其中Al-O四面体简记为Qi(i为桥氧数)。分析表明,Na_2O-Al_2O_3二元系团簇中Q_2和Q_3微结构单元中Al-O_(nb)(non-bridging oxygen,即非桥氧)键对称伸缩振动波数随其键长呈现线性相关性。Q_2和Q_3微结构中铝氧键长随着参与成环铝氧四面体的数目的增加而增加,这些相关性有助于Na_2O-Al_2O_3二元系熔体中铝氧四面体连接方式及团簇的诊断和鉴别。     

xCaSiO3·LiBO2固溶体中硅氧四面体微结构形态的拉曼光谱研究

本文测定了xCaSiO3*LiBO2(重量比,x=0, 0.25, 0.33, 0.50)系列的拉曼光谱,分析了硅氧四面体的微结构形态及其随SiO2 浓度的变化.结果表明,在所研究的浓度范围内,其微结构单元,即Qi ( i = 0～4) 均以孤立的硅氧四面体存在,且随SiO2 浓度的增加, Q2, Q4 的丰度有明显增加;此外,硅氧四面体的伸缩振动谱峰的积分强度总和与SiO2 浓度呈线性相关,为采用拉曼光谱直接分析矿物、炉渣、玻璃和土壤中的SiO2 提供了可能.     

硅铝酸盐基底材料中Dy3Al2（AlO4）3的拉曼光谱及其荧光光谱特征研究

采用高温固相法合成不同浓度Dy元素掺杂的以硅铝酸盐为基底的荧光材料。通过X射线衍射物相分析可知,其主要物相组成中含有Dy3Al2(AlO4)3。通过拉曼光谱分析可知,在该体系中,874.5 cm^-1处振动峰与Dy和铝氧四面体之间伸缩振动相关,随着Dy掺杂量的增加,其拉曼峰强度呈现先增后减的变化规律;另外429.9 cm^-1处测得的振动峰与Dy和铝氧四面体结构之间的弯曲振动相关。随着Dy掺杂量的增加,拉曼振动峰强度,荧光分光光度计测得的荧光光谱以及拉曼光谱仪测得的光致发光光谱的峰强均呈现先增后减的变化规律。该体系中Dy元素与铝氧四面体匹配数量逐渐增加,当Dy掺杂量超过一定极限值时,体系内发生浓度猝灭,导致荧光性能下降。与Tb元素掺杂相比,两种体系材料的拉曼光谱峰形有很大的相似性,又存在细微差异。其中Tb元素掺杂体系材料的拉曼振动峰处于870.0和408.0 cm^-1处。两种不同元素掺杂的荧光材料其荧光强度变化规律具有一致性,表明稀土元素与铝(硅)氧四面体匹配数量是决定材料荧光性能的关键因素。     

Tb掺杂的硅铝酸盐的拉曼光谱及其荧光光谱研究

采用高温固相法制备不同浓度Tb元素掺杂的硅铝酸盐荧光材料。当烧结温度为1 350 ℃时其荧光强度达到最大值。通过X射线衍射图谱可知体系中基质材料为CaAl₂Si₂O₈,Tb元素以Ca₂Tb₈(SiO₄)₆O₂相存在。通过拉曼光谱分析可知,870 cm-1处振动峰与Ca₂Tb₈(SiO₄)₆O₂中Tb与硅氧四面体的伸缩振动相关;Tb原子与硅氧四面体之间的弯曲振动产生408 cm-1振动峰。随着Tb掺杂量的增加,拉曼振动峰强度,荧光分光光度计测得的荧光光谱以及拉曼光谱仪测得的光致发光光谱的峰强均呈现先增后减的变化规律。该体系中Tb元素与硅氧四面体匹配数量逐渐增加,当Tb掺杂量超过一定极限值时,体系内发生浓度猝灭,导致荧光性能下降。采用325 nm激光作为激发光源,用拉曼光谱仪的光致发光测量模式产生的峰形与传统荧光分光光度计的光谱曲线一致,但其光谱分辨率明显高于传统荧光分光光度计获得的光谱,有助于对细微能级跃迁现象加以区分。     

不同硅含量的硼酸锌盐玻璃的光谱研究

制备了60ZnO-(40-x)B2O3-xSiO2:Tb3+(x=0,10,20)玻璃,测量了红外吸收光谱,分析了玻璃的结构。由于在700cm-1出现较强的振动峰,说明在此硼酸盐玻璃形成了五硼酸盐。硼硅酸盐玻璃中存在着的偏硼酸盐结构,即一个硼氧四面体和四个硼氧三角体连接成五硼酸盐结构基团,并进一步成为无穷链状结构。测量并分析了样品的发射光谱,结果显示玻璃能发出强的绿光(543nm),归属于Tb3+的5D4->7F5的跃迁,随Si含量的增加,发光强度降低。     

温度对CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2系纳米晶玻璃陶瓷结构影响的拉曼光谱研究

采用熔融法制备了CaO-MgO-Al2O3-SiO2系纳米晶玻璃陶瓷材料。在-190~310℃温度范围,利用显微共聚焦拉曼光谱测量分析了该体系纳米晶玻璃陶瓷硅氧四面体结构的变化规律。结果表明,随着温度的降低具有不同非桥氧键的硅氧四面体结构单元变化并不一致,位于三维硅氧四面体结构边缘的具有二个非桥氧键的硅氧四面体(Q2)和具有三个非桥氧键的硅氧四面体(Q1),以及完全独立于三维硅氧网络结构外的具有四个非桥氧键的硅氧四面体(Q0)受温度影响明显,其拉曼光谱均向高波数移动,键的力常数变强,硅氧键长变短。为丰富外环境对纳米晶玻璃陶瓷材料结构与性能影响的研究提供了实验依据,也为控制该体系纳米晶玻璃陶瓷材料的膨胀系数提供了一定的实验依据。     

NaF-AlF3二元系铝氟四面体团簇结构的拉曼光谱表征与量子化学从头计算

本文构建了一系列NaF-AlF3二元系铝氟四面体团簇结构模型, 应用量子化学从头计算方法, 采用Restricted Hatree-Fock(RHF)自洽场方法和6-31G(d)基组对结构进行优化, 并用相同的方法和基组进行分子振动模式的模拟计算。考虑相邻铝氟四面体的影响, 引入四面体应力指数(SIT)的概念分析和讨论该二元系高频区非桥氟对称伸缩振动及中频区桥氟对称弯曲振动模式。研究表明, 高频区铝氟四面体非桥氟对称伸缩振动频率与其铝氟四面体的种类(Qi)密切相关, 且铝氟四面体非桥氟对称伸缩振动频率的值随SIT值的增大而增大, 呈现较好的线性关系。同时, NaF-AlF3二元系团簇结构的中频区桥氟对称弯曲振动频率主要受桥氟角度的影响。并采用高温拉曼仪测定了分子比为NaF:AlF3 =1∶2体系的升温拉曼光谱, 随着温度的升高NaF:AlF3 =1∶2体系的主峰逐渐向低频移动, 观察到Q0、Q1、Q2峰位的变化。     

镧碲酸盐玻璃的振动模式和结构的拉曼散射

利用拉曼光谱研究xLa₂O₃-(1-x)的TeO₂(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20和0.25)镧碲酸盐玻璃,并对镧碲酸盐玻璃形成过程中氧化镧变化引起的结构变化进行了分析. 强度测量表明,在高频的伸缩振动区域,组合物被诱导发生结构变化. 通过混合TeO₄三角双锥和TeO₃三角金字塔单元形成网络结构的镧碲酸盐玻璃. 改变氧化镧的含量导致TeO₄单元向含有不同数目的非桥氧原子的TeO₃单元转换.通过不同的氧桥三角双锥和三角金字塔碲酸盐结构单元的振动拉曼谱带轮廓分析计算出发生结构变化的组合物的相对量. 另外,通过拉曼强度和与碲酸盐网络结构有关的结构估算出末端氧原子的比例. 对改性剂含量高达25％的镧碲酸盐玻璃的模拟结果表明,短程有序的单元足以构建整个玻璃.     

CaSiO_3及其熔体结构的高温拉曼光谱研究

采用铜蒸气脉冲激光光源和时间分辨探测技术,测定了CaSiO3晶体及其熔融态的常温及高温拉曼光谱(在298～2000K的温度范围),观察了其在高温下的相转变、升温过程及其熔体的特征光谱变化。通过谱图解析,研究分析了熔体微结构单元硅氧四面体Qn(n为单个硅氧四面体的桥氧数)分布、聚合状况及其与固态晶体的区别     

二元碱金属硅酸盐精细结构和拉曼光谱的从头计算研究

应用量子化学从头计算方法研究了二元碱金属硅酸盐的精细结构,对典型的系列二元碱金属硅酸盐离子簇模型采用6-31G(d)基组和闭壳层Hartree-Fock(RHF)方法优化构型,并计算了二元碱金属硅酸盐的拉曼光谱,采用硅氧四面体应力指数这一精细结构参数分析和讨论了计算得到的非桥氧高频区对称伸缩振动频率和其拉曼光学活性,以及不同阳离子对该拉曼光学活性的影响。研究表明,二元碱金属硅酸盐非桥氧高频区对称伸缩振动频率与其精细结构密切相关,而且与Q₃相连的Q₄会对该Q₃的拉曼光学活性表现出增强作用。这说明二元碱金属硅酸盐的拉曼散射等性质主要依赖于其精细结构而非其初级结构单元-硅氧四面体。研究还表明,半径较大的阳离子有利于增强离子簇的拉曼光学活性,但对于小的离子簇,过多的电荷迁移反而会起到抑制作用。     

CaO-Al2O3-SiO2熔渣结构和热导率的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟研究CaO-Al₂O₃-SiO₂三元熔渣的微观结构和热导率。针对六组不同Al₂O₃含量的熔渣,基于BMH势函数分析了径向分布函数、键长、键角分布函数、氧类型和微结构单元Qⁿ等微观结构信息。结果表明硅和铝在熔渣中以四面体网络结构存在,硅氧四面体较铝氧四面体更为稳定。随着铝含量增加,熔体中的键长和四面体中心角无明显变化,Al-O-Al和Si-O-Al键角逐渐减小;网络中的桥氧(BO)和三配位氧(TO)含量增加,Q³和Q⁴含量增多,在高铝区出现较多的五配位铝(Al^V)。采用Muller-Plathe方法计算了熔渣的热导率,随着铝替代硅原子,网络的聚合程度增加,强化了熔体的热输运能力,热导率呈现增大趋势。     

掺镧PbWO4闪烁晶体的缺陷研究

利用正电子湮没寿命谱(PAT)和X射线电子能谱(XPS)研究了掺镧所引起的PbWO4晶体缺陷的变化.结果表明:掺镧后,PbWO4晶体中的正电子捕获中心铅空位(VPb)浓度增加,并进一步诱导低价氧浓度的增加.讨论了掺La的作用机制,认为掺La将抑制晶体中的氧空位,增加铅空位浓度.     

掺镧PbWO4闪烁晶体的缺陷研究

利用正电子湮没寿命谱(PAT)和X射线电子能谱(XPS)研究了掺镧所引起的PbWO₄ 晶体缺陷的变化.结果表明：掺镧后,PbWO₄晶体中的正电子捕获中心铅空位(V< sub>Pb)浓度增加,并进一步诱导低价氧浓度的增加.讨论了掺La的作用机制,认为掺 La将抑制晶体中的氧空位,增加铅空位浓度. 关键词： 掺镧钨酸铅晶体 正电子湮没寿命谱 X射线电子能谱 缺陷     

掺镧方钴矿型晶体的拉曼光谱测定

本文用熔融退火法生长了热电材料掺镧方钴矿 (LaxFe3CoSb12 )晶体。用背散射方法测定了不同掺镧量晶体的拉曼光谱。我们认为稀土镧原子占据了方钴矿结构中的空位 ,这些填充空位的离子参与结构中的晶格振动 ,使拉曼谱线位移并加宽。随着含镧量的增加 ,镧原子振颤自由度降低 ,谱线的加宽程度减小。     

La0.67Ca0.33MnO3(001)薄膜表面结构的扫描隧道显微术研究

利用Scanning Tunneling Microscope(STM)和Scanning Tunneling Spectroscopy(STS)技术研究了La_0.67Ca_0.33MnO₃(001)表面性质,研究发现表面呈现多相分离现象,在锰氧终端面观察到了绝缘性的( 2 × 2 )R45°重构表面和金属性的(1×1)重构表面,在镧钙氧终端面,观察到了表面呈现条纹状结构.La_0.67Ca_{0.33 关键词： 镧钙锰氧薄膜 终端面 绝缘金属转变}     

(SiO2)nO2H4的红外振动光谱的理论研究

运用密度泛函理论,在6-31G(d)基组水平上,计算了纳米尺度的(SiO2)nO2H4链状、环状、笼状三种不同构型的红外振动光谱.对准一维的链状和环状结构,红外振动较强峰的频率随着长度的增加单调变化,显示了较强的尺寸依赖性;沿纳米线(环)轴向和垂直于轴向的振动模式,频率对尺寸的依赖关系相反,揭示了纳米材料的振动性质的各向异性.笼状结构由于构型的复杂性而使得其不具备准一维的特性,同时结构的对称性降低,红外振动模式数目增加.三种构型中二元环和硅羟基的振动以及笼状构型中硅氧四面体骨架的振动与实验上所观测到的振动峰相吻合.红外光谱方面的理论计算结果对实验合成的SiO2纳米材料的表征具有指导意义.     

磷酸钠结构的高温拉曼光谱研究

用高温拉曼光谱仪测定了固态和熔融态磷酸钠(Na3PO4)晶体的光谱,分析了磷酸钠晶体的结构及其随温度的变化。通过对从常温谱到高温谱的解析,得出主峰波数随温度的变化及主峰半高宽的变化,可以观察到在600 K附近及1773 K有两个相变产生。此外,磷酸钠晶体的相关高温DSC检测分析,也和拉曼谱中发现的两个相变符合。量子化学理论计算同时对该体系的P-O键振动和平均键长进行了模拟,随着键长的增加,对应的振动频率会降低。还确认了磷酸钠Raman光谱中各个峰的归属,938 cm-1波数处的峰属于(PO4)3-中P-O键的对称伸缩振动,是Na3PO4的特征峰,425及580 cm-1处峰属于磷氧四面体的弯曲振动。