高压下CoWO4和ZnMn2O4的结构相变和电输运性质研究

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ABO4型和AB2O4型化合物都是重要的功能材料,在生产和生活中都有广泛应用。压力可以调节物质的结构,从而改变其性质和功能,因此对其进行高压下的研究具有非常重要的意义。本论文以CoWO4和ZnMn2O4为研究对象,对其高压下的结构和电输运性质进行系统研究,具体实验和分析结果如下:1、CoWO4的压致结构相变通过高压原位拉曼光谱实验得到了不同压力下CoWO4的拉曼光谱随压力变化的光谱图,CoWO4有18种拉曼振动模式。对样品常压拉曼光谱进行Lorentz拟合,得到了常压下CoWO4各振动模式的峰位和半峰宽。随着压力的增加,所有拉曼峰都逐渐变弱,且都向着高波数方向移动,发生了蓝移。压力达到24.2GPa时,在110cm-1处出现一个新的拉曼峰,新峰随着压力的升高逐渐向高波数方向移动,且随着压力增大新拉曼峰强度逐渐增大。对高压拉曼数据在Origin软件中进行了Lorentz拟合处理,得到了CoWO4拉曼峰的峰位频移与压力的变化曲线,从图中可以观察到各个振动模式频移的连续性在24.2GPa时均发生了改变。我们初步认为拉曼光谱在24.2GPa时发生的变化可能是由于CoWO4的压致结构相变引起的。通过高压原位同步辐射X光衍射测量实验发现,样品所有衍射峰都随压力的升高向高角度方向移动,当压力升高至26.8GPa时,可以观察到有两个新的衍射峰出现,并且随着压力的增大,两个新出现的衍射峰逐渐增强。结合高压原位拉曼实验,可以确定CoWO4在26.8GPa时发生了压致结构相变,产生了新的结构。常压相和高压相两相共存至45.0GPa。当卸压至常压后,CoWO4的衍射图又恢复至初始相的结构,表明CoWO4的高压结构相变是可逆的。2、高压下ZnMn2O4的结构相变及其电输运性质通过高压原位拉曼光谱实验发现,随着压力的增加,ZnMn2O4所有拉曼峰均发生了蓝移,当压力达到14.8GPa时,在598cm-1处有一个新峰出现。为了获得各个振动模式的振动频率随压力的变化关系,对高压拉曼光谱的实验数据进行Lorentz拟合,得出了拉曼峰位频移与压力的变化曲线,从拟合结果中发现在14.8GPa和23.4GPa这两个压力点,峰位频移的斜率发生了明显变化。在14.8GPa和23.4GPa处拉曼峰的变化可能是由ZnMn2O4压致结构相变导致的。通过高压原位同步辐射X光衍射实验发现,ZnMn2O4的所有衍射峰都随着压力的增加逐渐减弱,压力在13.7GPa时,有两个新的衍射峰出现,压力在24.1GPa时衍射峰的d值发生了明显变化。结合高压原位拉曼实验,可以确定样品在13.7GPa和24.1GPa发生的变化是由于ZnMn2O4压致结构相变引起的。通过高压原位交流阻抗谱实验发现,ZnMn2O4在低压时Nyquist图中有两个半圆弧,高压时只有一个半圆弧。经过Zview拟合得到ZnMn2O4电阻随压力变化关系图,发现晶粒电阻和晶界电阻均随压力的增加减小,在压力低于13.2GPa时传导过程由晶粒和晶界共同作用,且晶粒电阻对总电阻的贡献大于晶界电阻;压力高于13.2GPa时晶界作用消失,只有晶粒作用。压力达到13.2GPa和21.5GPa时,电阻的变化速率明显改变,结合高压原位拉曼实验和高压原位同步辐射X光衍射实验,可以确定交流阻抗谱实验在13.2GPa和21.5GPa压力下发生的变化,是由于ZnMn2O4压致结构相变引起的。
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