First-principles study of structural stability and elastic property of pre-perovskite PbTiO3

The structural stability and the elastic properties of a novel structure of lead titanate,which is named preperovskite PbTiO₃ （PP-PTO） and is constructed with TiO₆ octahedral columns arranged in a one-dimensional manner,are investigated by using first-principles calculations.PP-PTO is energetically unstable compared with conventional perovskite phases,however it is mechanically stable.The equilibrium transition pressures for changing from preperovskite to cubic and tetragonal phases are 0.5 GPa and 1.4 GPa,respectively,with first-order characteristics.Further,the differences in elastic properties between pre-perovskite and conventional perovskite phases are discussed for the covalent bonding network,which shows a highly anisotropic character in PP-PTO.This study provides a crucial insight into the structural stabilities of PP-PTO and conventional perovskite.     

SrTiO_3枝杈晶的水热法制备与表征

无机材料纳米枝杈晶的合成成为最近几年纳米材料合成的热点之一。以Ti(SO4)2和Sr(NO3)2为原料,以KOH为矿化剂,在没有采用任何模板和表面活性剂的条件下,首次采用水热法在0.1mol/LKOH200℃保温4h条件下成功制备出了SrTiO3枝杈晶。用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对制备出的产物结构和形貌进行了表征。结果表明,在水热反应初期,首先生成了大量的直径约为5nm的TiO2纳米球形颗粒,随着反应的继续进行,TiO2纳米颗粒逐渐减少直至消失,最终得到SrTiO3枝杈晶。所采用的水热合成方法可以用来合成其他钙钛矿氧化物,是一种非常有前途的纳米枝杈晶的制备方法。     

Mg掺杂PST薄膜的溶胶-凝胶法制备及晶相形成研究

利用溶胶-凝胶法成功制备了Mg掺杂Pb_0.4Sr_0.6Mg_xTi< sub>1-xO_3-x薄膜，利用x射线衍射仪对薄膜的物相和结构进行了分析， 用扫描电子显微镜对薄膜的形貌和断面等进行了观察.研究结果表明，薄膜以立方钙钛矿为 晶相，薄膜中晶相以团聚状颗粒存在，晶相含量受热处理条件和Mg的掺杂量所控制.Mg掺杂 对Pb_0.4Sr_0.6Mg_xTi_1-xO_3-x 薄膜晶相含量的影响与钙钛矿中的氧空位缺陷相关.在一定的掺杂范围内，由掺杂引起晶相 的晶格畸变较小时，体系掺Mg平衡了晶体内本征氧空位引入的电荷不平衡，使晶相更为稳定 ，析晶能力提高，晶体形成量随掺杂浓度的提高而提高.当掺杂浓度达到一定量时， 随着Mg 掺杂浓度增加，一方面使形成晶体时杂质浓度增加造成参与形成晶相的组成含量下降，另一 方面使进入钙钛矿结构的Mg增加，氧空位大量增加使畸变程度提高，形成的晶相不稳定，析 晶能力下降，晶体含量随掺杂Mg浓度的增加而不增反降.在相同条件下制备的Pb_{0.4Sr0.6MgxTi1-xO3-x薄膜中Mg掺量约为 x=0.01时，得到的钙钛矿相含量最高，本征氧缺陷所带入的正电荷和Mg引入时带入的负电荷 间达到平衡.此外，Mg的掺入还影响到析晶与热处理过程之间的关系.在高Mg掺量范围，Mg含 量越高，形成的晶相越不稳定，热处理时间越长，使热处理过程中分解的晶相量越多，随Mg 掺量越高和热处理时间越长，薄膜中晶相含量越低. 关键词： 溶胶-凝胶法 PST薄膜 Mg掺杂 晶相形成}     

钨酸锰纳米线的水热法制备与表征北大核心

以MnCl2,MnC2O4和Na2WO4为反应前驱体,以KOH为矿化剂,在没有采用任何表面活性剂和模板的条件下,采用水热法成功制备出MnWO4晶体。用X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）对制备出的MnWO4晶体的结构和形貌进行了表征,并对MnWO4晶体的形成机理进行了初步探讨。结果表明,反应前驱体和pH值可以控制MnWO4晶体的一维取向生长。当以MnCl2作为锰源,随着pH值的升高,制得的MnWO4晶体的形貌由球形向棒状转变,制得的MnWO4纳米棒的长度约为200nm,直径约为30nm。而当采用MnC2O4作为锰源,当PH值升高时,制得的MnWO4晶体的形貌由纳米棒向纳米线转变,最终制得的MnWO4纳米线的长度为1～1．5μm,直径为20-50nm。     

CdWO4纳米晶形貌可控合成

分别以氯化镉、草酸镉、碳酸镉、柠檬酸镉和钨酸钠为原料,在没有采用模板和表面活性剂的条件下,采用水热法可控制备出了钨酸镉纳米颗粒、纳米棒、纳米束和纳米线.利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和选区电子衍射(SAED)对样品进行了表征.结果表明:[WO42-]/[Cd2+]摩尔比、反应时间及先驱体的类型对产物的形貌和尺寸有着重要的影响.     

类单晶PZT纳米纤维的静电纺丝制备探索

以硝酸锆（Zr（NO3）4·5H2O）,乙酸铅（Pb（CH3COO）2·3H2O）,钛酸四丁酯（Ti（OC4H9）4）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为原料,采用sol-gel和静电纺丝法,结合烧结工艺首次制备了在准同型相界附近的类单晶PZT纳米纤维.利用热重分析、X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜等表征方法,对类单晶PZT纤维的热分解过程、晶体结构、微观相貌和形成机理等进行了分析和解释.研究结果表明：经过400℃预退火0.5h以及750℃烧结2h后,可形成具有类单晶结构的PZT纳米纤维,纤维直径约在80 ～ 100 nm左右,晶体结构为典型的钙钛矿相.形成这种类单晶结构的主要机理是在预退火期,有机物充分分解形成无规则非晶网络,随着烧结温度的升高,取向基本一致的小晶粒经历了形核、长大、吞噬,最终形成类单晶纳米纤维.在准同型相界附近的类单晶PZT纳米纤维在纳米压电器件和微机电系统领域具有广泛的应用前景.     

薄膜生长初期多原子移动影响的模拟

模拟了在低温底上沉积单层薄膜初期的表面形貌．提出了新的算法，实现了多个原子同时在沉积基底上移动的过程，克服了以往只能模拟基底上仅有一个运动原于的缺点，同时引入了沉积流量，并在此基础上讨论了移动步数、沉积流量等因素对生长的影响作用．模拟结果与实验相近，获得的花样具有分形特征．     

SiC纳米粉的光致发光研究

首次发现ＳｉＣ纳米粉的光致发光效应，通过透射电镜、选区电子衍射、Ｘ射线衍射、高分辨电子显微镜和化学分析，证明量子限制效应是β－ＳｉＣ纳米粉发光的主要机理     

Fe-Ni-BaTiO3复合材料的介电行为及其机理研究

利用金属铁、镍(Fe与Ni保持mol比为22:78不变)与钛酸钡复合,在保护气氛下成功烧结制备了高介电常数Fe-Ni-BaTiO3复合陶瓷材料,并研究了该复合材料的电导和介电性能及其物理机理.分析结果表明,由于渗流效应,随着陶瓷中金属含量的增加,材料经历了绝缘体-导体突变.同时,在渗流阈值附近,材料的介电常数有了极大的提高.当金属体积含量为0.23时,即在绝缘体向导体转变的渗流阈值附近,复合材料的介电常数达到了22000,为同条件下制备的纯钛酸钡陶瓷体介电常数的12倍,同时材料的介电损耗仍保持为较低值.材料具有明显的Maxwell-Wagner效应特征,这表明传导机理对材料的介电常数的提高起到了很重要的作用.分析了传导机理对介电的影响.     

Strain-induced ferroelectric phase transitions in incipient ferroelectric rutile TiO2

Uniaxial strain induced ferroelectric phase transitions in rutile TiO₂ are investigated by first-principles calculations. The calculated results show that the in-plane tensile strain induces rutile TiO₂, paraelectric phase with P_4-2/mnm (D_4h) space group, to a ferroelectric phase with P_m (C_s) space group,driven by the softening behaviour of the E_u1 mode. In addition, the out-of-plane tensile strain, vertical to the ab plane, leads to a ferroelectric phase with P_42nm (C_4v) space group, driven by the softening behaviour of the A_2u mode. The critical tensile strains are 3.7% in-plane and 4.0% out-of-plane, respectively. In addition, the in-plane compression strain, which has the same structure variation as out-of-plane tensile strain due to Poisson effect, leads the paraelectric rutile TiO₂ to a paraelectric phase with P_nnm (D_2h) space group driven by the softening behaviour of the B_1g mode. These results indicate that the sequence ferroelectric (or paraelectric) phase depends on the strain applied. The origin of ferroelectric stabilization in rutile TiO₂ is also discussed briefly in terms of strain induced Born effective charge transfer.