LiTaO3晶体高压结构相变的理论研究

利用基于密度泛函理论的平面波赝势结合局域密度近似的从头算方法,计算了LiTaO3晶体在0~200 GPa压力范围内的冷压曲线(P-V/V0)和零温焓,以研究它的高压结构相变.参照同构体LiNbO3的高压相结构,对LiTaO3的菱形相(R3c对称群,室温大气压结构)和正交相(Pbnm对称群)进行计算.结果表明,菱形相压缩线与低压冲击实验数据和静压结果符合较好,而正交相压缩线与扣除热压贡献的高压冲击实验数据相符;正交相更难压缩且各轴向的压缩率不同,对应的常态密度比菱形相高约24%.理论预测的相变起始压力约为23 GPa.由此可见LiTaO3的冲击高压相具有正交对称性,与LiNbO3的室温高压相类似.     

钙钛矿CaTiO3的超高压结构研究

利用同步辐射x射线衍射和 DAC 高压技术在室温下测量了钙钛矿CaTiO₃在压力0—44.53 GPa下的结构变化.结果表明，随着压力的增加CaTiO₃的三个晶轴都受到不同程度的压缩，a,b的压缩率相近且相对比较大，c的压缩率最小，但没有证据表明有相变的发生.在压力范围内CaTiO₃的P-V关系用Murnaghan状态方程表示，设定K′0=4，得到V0=0.2245(6)nm3和K0=222(9) GPa.应用赝立方角γpc与压力的关系，初 关键词： 3')" href="#">CaTiO₃ 结构 超高压 状态方程     

CaCrO4与YCrO4的高压拉曼及晶体结构相变研究

利用原位高压拉曼散射的方法, 在6.0 GPa及3.0 GPa分别观察到锆石型化合物CaCrO4与YCrO4压力诱导的晶体结构相变。卸压后的拉曼光谱表明了结构相变的不可逆性。并且, 通过比较与实验的方法, 高压新相被确认为白钨矿相。在锆石-白钨矿相变中, 晶体对称性由I41/amd (No. 141, Z＝4)降低为I41/a (No. 88, Z＝4)。     

钆、氟掺杂二氧化钒的晶体结构演变行为与相变机理

二氧化钒(VO₂)是一种热致相变材料,其过高的相变温度制约了其潜在应用.元素掺杂能够使VO₂的能带结构、态密度、键长和晶胞体积等晶格参数改变,引起其相变行为的变化.借助Materials Studio软件,基于第一性原理和分子轨道理论研究了钆、氟掺杂二氧化钒的晶体结构演变行为与相变机理.结果表明,无论F掺杂于VO₂(M型)中间O的位置还是两侧O位置,都会引起O—O键收缩,V—V键增长,β角增大,体系亥姆霍自由能增加,带隙相对减小,F侧位掺杂效果最好,随着V⁴⁺—V⁴⁺同极结合的减少,在1 at%F掺杂时相变温度达到最低;当Gd以0-1.8 at%掺杂于VO₂(M)中V位置时,O—O键和V—V键发生收缩,β角减小,亥姆霍自能增加,带隙减小,Gd 4f态与t_Ⅱ轨道重合,使相变能垒变低,相变温度显著降低.钆、氟两种元素掺杂VO₂相变机理更符合Peierls-Mott协同相变.     

CaF2纳米晶粒结构相变行为的尺寸依赖性（英文）

利用原位高压同步辐射X射线衍射方法,对尺寸为11 nm的CaF₂纳米晶粒进行高压结构相变和压缩特性研究。当压力为12 GPa时,观察到由萤石结构向α-PbCl₂结构转变的一次相变,该相变压力点远高于体材料,但略低于粒径更小的CaF₂纳米晶体。相比体材料,纳米尺寸的CaF₂样品的体弹模量更大,说明其更难被压缩。当压力释放至常压时,11 nm的CaF₂纳米晶粒的α-PbCl₂型亚稳相结构被保留下来,相变不可逆。分析了影响11 nm CaF₂纳米晶粒独特高压行为的原因,判定尺寸效应为主要因素,该尺寸下较高的表面能导致结构稳定性增强和体积模量增加。     

(K0.45Na0.55)NbO3无铅压电晶体的生长形态与介电性能研究

采用高温熔融法制备出了尺寸达5 mm×3 mm×1 mm的(K_0.45Na_0.55)NbO₃(KNN)无铅铁电晶体. XRD测试结果表明KNN晶体结构为纯的钙钛矿正交相结构,晶体的显露面为〈001〉结晶面. SEM显微结构分析表明晶体沿[001]方向呈现层状生长台阶,采用负离子配位多面体生长基元模型解释了晶体层状台阶的生长机理. 研究了晶体样品在室温至500 ℃温度范围内的介电性能,两个介电异常峰出现在240和405 ℃,分别对应正交铁电-四方铁电以及四方铁电-立方顺电相相变温度. 采用修正后的居里外斯定律研究了KNN晶体的介电弛豫特性,结果表明KNN晶体的介电弛豫特性接近于普通铁电体特征. 关键词： 0.45Na_0.55)NbO₃晶体')" href="#">(K_0.45Na_0.55)NbO₃晶体 无铅 晶体结构 介电性能     

Sn的分析型键级势

基于类似于Tersoff-Brenner模型的键级势架构, 从Sn的5种几何构型的基本物性第一性原理计算结果和实验结果出发, 通过Levenberg-Marquardt方法建立了Sn的分析型键级势.利用得到的相互作用势和分子动力学方法, 计算了Sn的β 相和体心四方晶体相的晶体结构、结合能、键距、键能以及体变模量, 并进而计算了Sn的α 和β 相的自由能、内能和熵随温度的变化.结果表明, β 相和体心四方晶体相的基本物性以及α↔β 相变温度计算结果与实验值符合良好, 建立的分析型键级势可用于Sn基钎料合金性质的大尺度分子动力学模拟. 关键词： 原子间相互作用势 Sn 分子动力学 第一性原理     

用离子重叠-压缩模型对碱金属氢化物晶体中的H-离子压缩规律的研究

 利用离子重叠-压缩模型以及晶体结合能的变分计算方法，计算了碱金属氢化物LiH、NaH和KH晶体中描述H^-离子状态的参数β及其相对离子半径随压力的变化规律。得到的结果表明，未加外压力时，晶体中的H^-离子相对其孤立状态就已明显被压缩，而且压缩变化规律几乎与具体的晶体结构无关。这两点结论物理上都是合理的，并间接被同时得到的物态方程及结构相变压力的理论值与实验结果符合得非常好这一事实所证实。     

压力对有机半导体均苯四甲酸晶体结构转变和电子性质的影响

研究高压条件下均苯四甲酸(C₁₀H₆O₈)材料的结构和性质对探索有机半导体材料的应用有积极意义.基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,开展了0-300 GPa压强下C₁₀H₆O₈晶体的结构、电子和光学性质的研究.晶格常数在压强20 GPa和150 GPa下出现了明显跳变,且原子之间随着压强变化反复地出现成键/断键现象,表明压强可诱导晶体结构变化.电子结构的性质表明,0 GPa的C₁₀H₆O₈晶体是带隙为3.1 eV的直接带隙半导体,而压强增加到150 GPa时,带隙突变为0 eV,表明了晶体由半导体转变为导体.当压强为160 GPa时,晶体又变成了能隙约为1eV的间接带隙半导体,这可能是费米能级附近仅受O-2p轨道电子影响所导致.通过对C₁₀H₆O₈晶体介电函数的分析,再次验证了晶体在150 GPa时发生了结构相变.同时...     

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。     

Hardness of materials at high temperature and high pressure

The intrinsic character of the correlation between hardness and thermodynamic properties of solids has been established. The proposed thermodynamic model of hardness allows one to easily estimate hardness and bulk moduli of known or even hypothetical solids from the data on Gibbs energy of atomization of the elements or on the enthalpy at the melting point. The correctness of this approach is illustrated by an example of the recently synthesized superhard diamond-like BC₅ and orthorhombic modification of boron, γ-B₂₈. The pressure and/or temperature dependences of hardness were calculated for a number of hard and superhard phases, i.e. diamond, cBN, B₆O, B₄C, SiC, Al₂O₃, β-B₂O₃ and β-rh boron. Excellent agreement between experimental and calculated values is observed for temperature dependences of Vickers and Knoop hardness. In addition, the model predicts that some materials can become harder than diamond at pressures in the megabar range.     

极端条件下锆的动力学稳定性研究

过渡金属Zr具有优良的物理、化学及力学性能, 具有广泛的应用价值. 主要通过新近发展的自洽晶格动力学方法, 充分考虑声子间的相互作用, 成功获得了β-Zr的高温高压声子色散曲线, 预测了β-Zr在相图中能够稳定存在的区域, 进一步比较α-Zr, ω-Zr和β-Zr的自由能, 获得了α-β 及ω-β 相变的相边界, 构建了Zr的参考相图. 同时, 也获得了β-Zr的高温状态方程及热膨胀系数, 能够为构建Zr的全区物态方程提供有益的参考.     

高温高压下钼的结构稳定性研究

以钼为代表的一系列过渡金属,在高温高压的相变及结构稳定性研究是实验和理论研究的热点.钼在常温常压下是bcc结构,但是在高温高压下可能的相结构一直未能确定.本文首先预测了几种高压下的结构,并计算了其自由能及力学性质.针对可能的hcp结构,我们通过新近发展的自洽晶格动力学方法,充分考虑声子间相互作用,成功获得了hcp结构高温高压声子色散曲线,结果表明hcp相在热力学及动力学上都是能够稳定存在的结构,是一种可能的高压相.     

高重复率 高平均功率窄线宽KrF准分子激光系统的研究

本文报道—台自制的光学投影亚微米量级微细加工用的KrF准分子激光振荡-放大系统,并对其设计和运转性能加以讨论.该系统在200Hz重复率运转时其谱线漂移小于5×10~(-4)nm,谱线宽度为2.3×10~(-8)nm,平均功率达24.4W.     

高光束质量、高功率稳定性激光器的设计及实验研究

高光束质量、高功率稳定性激光器在激光加工、激光测量等领域具有广泛的用途.为了实现激光器腔内光斑聚焦同时减少色散和体积,人们常常将曲面反射镜用在激光谐振腔中,但光束倾斜入射到曲面反射镜往往会引起像散,从而导致光斑质量恶化,并降低激光器的性能.另一方面,在高功率激光器或超短脉冲激光器中,激光增益介质热透镜焦距的起伏,是导致激光输出功率波动的主要原因之一.针对激光器的像散和功率波动这两个问题,本文提出了一套简单高效的解决方案,在考虑像散补偿和热透镜效应的基础上,基于传播变换圆理论,首次提出一种可实现高光束质量、高功率稳定性激光器谐振腔的设计方法,并对采用该方法所设计出的超短脉冲激光器进行理论与实验研究.研究结果表明,利用该方法设计的激光谐振腔,两端臂像散能够完全被补偿,实验上实现了基模高斯光束输出;当激光晶体热透镜焦距改变时,该方法所设计出的激光谐振腔内各关键位置光斑半径的变化,显著地小于普通谐振腔,在相同外界条件下,其输出激光功率稳定性明显优于普通激光器.     

Density measurements of non-crystalline materials under high pressure and high temperature

Abstract

We have developed a new method for density measurements by means of X-ray absorption under high pressure and high temperature using a multi-anvil apparatus combined with a synchrotron-radiation source. To overcome the effect of the variation of the sample thickness under pressure, a sapphire ball was put in the sample capsule as a calibrant of the thickness, and the intensity of the transmitted X-ray beam was measured as a function of the sample position. The densities of crystalline and liquid tellurium were measured up to 5 GPa and up to 700°C. Discontinuous changes in the density at the Te I-Te 11 transition and at the melting were clearly observed.     

高频高灵敏光声探头的光声内窥成像

光声内窥成像技术具有高分辨、高精准、功能成像等优点,是目前临床新型成像诊断技术研究的热点。然而,光声内窥成像技术受激光器安全能量阈值和光声换能器灵敏度的制约,现有的光声内窥成像技术大多无法兼顾高成像信噪比和小尺寸要求。为了解决光声信号回波能量低、光声图像信噪比差的问题,该文采用一种带有集成前端放大器的小尺寸的光声探头设计方案,其中心频率达到30 MHz,直径小于2.5 mm,通过仿体实验证明其仿体中的成像深度可达6.5 mm,横向成像分辨率可达144.9μm,纵向分辨率为111.1μm,尤其是,成像信噪比相较于对照组的传统光声换能器提高了11.5 dB。该文研究表明,前端集成放大光声探头能有效提高光声成像信噪比,改善成像质量,为提高光声内窥临床诊断精准度提供了新方法。     

带高阶模谐振腔反射器的过模高功率毫米波源

针对过模系数为2.3的高功率毫米波发生器设计了工作于高次模的谐振腔反射器。谐振腔反射器工作模式为TM035模式,在58~62 GHz频带内对TM01模式的反射系数大于0.9。运用2.5维全电磁粒子程序模拟分析了器件中束波相互作用过程,通过调整慢波结构与谐振腔反射器间的漂移段长度得到了器件在570 kV,6.0 kA电子注量驱动下,在引导磁场为4 T时,能辐射出功率1.06 GW、频率为60.2 GHz的毫米波,主要工作模式为TM01模,效率约为31%,起振时间为3.3 ns。     

强激光脉冲电源系统故障分析和对策

 详细分析了强激光脉冲电源系统可能存在的故障问题, 通过电路模拟给出了故障电流波形。在此基础上提出了电源系统故障保护的方法和对策,这对于电源系统的设计和安全运行具有十分重要的意义。     

高温高压下掺硼宝石级金刚石单晶生长特性的研究

本文在5.1—5.6 GPa,1230—1600℃的压力、温度条件下,以FeNiMnCo作为触媒,进行单质硼添加宝石级金刚石单晶的生长研究.借助于有限元法,对触媒内的温度场进行模拟.研究得到了FeNiMnCo-C-B体系下,金刚石单晶生长的P-T相图.该体系下合成金刚石单晶的最低压力、温度条件分别为5.1 GPa,1230℃左右.研究发现,在单晶同一{111}扇区内部,硼元素呈内多外少的分布规律.有限元模拟结果给出,该分布规律是由在晶体生长过程中,{111}扇区的增长速度逐渐减小所致.{111}晶向的晶体生长实验结果表明,硼元素优先从{111}次扇区进入晶体.研究发现,这是该扇区增长速度相对较快,硼元素扩散逃离可用时间短导致的.另外,同磨料级掺硼金刚石单晶生长相比,对于温度梯度法生长掺硼宝石级金刚石单晶,由于晶体的增厚速度较慢,即使硼添加量相对较高,也可以实现表面无凹坑缺陷的优质金刚石单晶的生长.