【摘 要】
:
碘酸钾(KIO3)是一种典型的钙钛矿型铁电材料,因其有较大的非线性光学系数和压电系数,可用于制造具有良好光学性能的非线性光学器件。作为独立于温度和化学组分的热力学参量,压力能够调整原子间距和原子间的成键方式,从而引发晶体结构相变和电子结构相变。相变后物质会表现出常压下不存在的新奇特性,从而拓展了材料的研究和应用领域。目前,KIO3的实验研究多集中在性质随温度的变化关系上,在高压下开展的KIO3性质
论文部分内容阅读
碘酸钾(KIO3)是一种典型的钙钛矿型铁电材料,因其有较大的非线性光学系数和压电系数,可用于制造具有良好光学性能的非线性光学器件。作为独立于温度和化学组分的热力学参量,压力能够调整原子间距和原子间的成键方式,从而引发晶体结构相变和电子结构相变。相变后物质会表现出常压下不存在的新奇特性,从而拓展了材料的研究和应用领域。目前,KIO3的实验研究多集中在性质随温度的变化关系上,在高压下开展的KIO3性质研究还不甚全面。因此,本论文利用金刚石对顶砧(DAC)高压产生装置,结合原位交流阻抗谱测量技术与第一性原理计算方法,对KIO3材料在高压下的能带结构、电子态密度、导电机制和介电性质展开了系统的研究,目的在于了解KIO3材料在高压下的电输运行为。研究结果如下:1、常压X光衍射实验表明,本研究中的KIO3材料的常压结构为三斜结构,空间群为P1。通过第一性原理计算,得到KIO3在常压下带隙宽度为3.066 e V,价带的顶部平坦,导带的底部比较分散,因此导带的离域性更强。P1相的KIO3材料在高压下带隙值逐渐减小,电子从价带跃迁到导带更容易,因此电子电阻也就越小。分析电子态密度得到价带的顶部和导带的底部分别来自O(2p)和I(2p)态,O和I原子的s轨道与p轨道之间存在很强的杂化。通过电子局域函数可知:O和I原子之间形成共价键,在压力为4 GPa时,O原子周围的电子被压缩,迁移至O和I原子的空隙位置,材料存在电子传导。2、通过高压原位交流阻抗谱测量,发现在压力小于5.6 GPa时,KIO3材料的导电机制为离子-电子混合导电;在4.3~5.6 GPa之间时,交流阻抗谱低频区出现代表离子扩散过程的倾斜尾线,说明压力使得晶界微结构发生变化,+离子的扩散更加容易。压力在5.6~20.6 GPa时,KIO3材料表现出离子传导机制,当压力增加到10.0 GPa时,阻抗谱上扬线的倾角几乎为0°,+离子的扩散变得困难。3、利用等效电路对交流阻抗谱进行拟合,发现晶界与晶粒电阻在4.3 GPa和10.0 GPa处均发生了突变,对应着KIO3的压致结构相变。在0~20.6 GPa范围内,晶粒电阻始终小于晶界电阻,晶界对材料的总电阻贡献较大。通过研究KIO3相对介电常数、介电常数的实部‘、虚部‘‘和介电损耗tanδ与频率的关系,发现压力小于4.3 GPa时,相对介电常数在压力作用下逐渐增大,由O原子周围的电子局域性降低造成。在交变电场频率大于10 Hz时,虚部’’减小至趋于零的定值,表明KIO3中的弛豫极化不再跟随外加电场变化。当样品处于P1相和HP-Ⅱ相时,tanδ随着频率的增加而降低;样品处于HP-Ⅰ相时,tanδ在一定频率出现弛豫峰。此时,电荷载流子的跳跃频率等于外加电场的频率。通过对比加压过程中7.8 GPa和卸压过程中7.6 GPa的介电损耗tanδ,发现卸压后KIO3的介电损耗明显低于加压过程的介电损耗,KIO3的介电性质在加压与卸压过程中得到了改善。
其他文献
MAX相是一类具有层状结构的三元过渡金属碳化物或氮化物,其结合了金属和陶瓷的优异性质,被称作金属陶瓷材料。其表现出金属的高导电性、导热性和可加工性;同时也具备陶瓷材料的高强度和耐高温等特性。所以在高温电极、耐摩擦镀层材料和事故容错核燃料包壳材料等领域有着广阔的应用前景。MAX材料展现出良好的元素包容性和结构多样性。随着越来越多的新型MAX材料被合成,迫切需要对其性能和微观结构进行深入研究,从而进一
选煤厂的粉尘污染带来一系列环境问题和人员健康问题,动力学直径在7.07μm的呼吸性粉尘会沉积在肺泡,是尘肺病主要诱因,影响工作人员的身体健康。此外煤尘污染周围的大气环境,降低周边区域空气质量。而且煤尘会带来安全生产隐患,煤尘浓度过高会有粉尘爆炸的危险,同时煤尘颗粒会加速机械设备的老化,带来不小的经济损失。目前,选煤厂准备车间的胶带机在煤料的运输和转载环节会产生严重的粉尘污染问题,针对胶带机产尘特性
量子点作为一种零维的纳米材料,具有量子限域效应,其发光性质会随着尺寸的改变而变化。具有独特光学性质的量子点材料在光学及电子学领域有着广泛的应用,例如全无机钙钛矿量量子点结构不同,在高压下所体现的光学性质变化规律也会不同。因此选用这两种具有不同结构量子点进行限域研究,来探索它们在高压下光性质变化规律的异同,目前子点和Cd Se/Zn S核壳量子点等,已经被应用到太阳能电池、光电器件以及生物探针等领域
随着能源的不断开采与使用,地球上的不可再生能源被大量消耗,伴随着能源的短缺以及能源费用的提升,人们对于寻找新型能源的呼声越来越高。在人们探索新型能源的过程中,风能、太阳能、潮汐能等可再生能源映入眼帘,其中太阳能因其取之不尽,绿色无污染而备受人们的关注。随着人们对太阳能的深入研究,太阳能电池也应运而生,其中钙钛矿太阳能电池因其出色的性能在太阳能电池的队伍中脱颖而出。但其由于制备成本高、稳定性弱等原因
液滴对煤尘颗粒的包裹润湿机理研究较少,其动态润湿过程对优化喷雾参数,提高液滴利用率有着十分重要的理论意义和实践价值。本文在总结分析国内外相关研究成果基础上,采用CLSVOF数值模拟方法构建液滴撞击煤尘曲面壁的数学模型,探究了不同液滴速度和液尘粒径比下,液滴撞击煤尘的动态润湿过程,得出以下结论:液滴接近非呼吸性煤尘曲面壁时,液滴易发生形变。液滴形变程度与液滴速度、下落高度呈正相关,与液尘粒径比呈负相
有机-无机杂化钙钛矿材料家族已经成为传统光伏半导体中一种很有前途的替代品,以其突出的优势被认为是下一代能量收集的潜在候选者。在十多年的时间里,钙钛矿太阳能电池的功率转化效率从2009年的不足4%提高到目前的25.5%。但是另一方面,钙钛矿太阳能电池不足的环境稳定性对其商业化造成了巨大的障碍。近年来,二维Ruddlesden-Popper(RP)型钙钛矿以其优异的环境稳定性吸引了众多研究者的关注,被
我国的煤矿安全生产遇到的难题大多数是煤矿的火灾,煤的自燃研究对保护生态环境、节约能源、使煤矿能够安全生产都具有重要的意义。本文以12种不同变质的原煤及其失去挥发分后的残渣为主要研究对象,通过红外光谱和热分析实验,在微观上研究煤中的活性基团对煤自燃机理的影响。傅里叶红外光谱实验(FTIR)中将原煤的光谱曲线分为羟基、C-H伸缩带、含氧官能团和芳香结构四个区域,分峰拟合原煤和挥发余分的光谱曲线,将二者
近年来,以全无机金属卤素钙钛矿为代表的半导体材料,因其在载流子扩散长度、电荷迁移率与吸收系数等方面具有卓越的表现,同时制造成本低廉,成为光伏领域的主要研究材料。本文将微纳光学表征技术与金刚石对顶砧技术结合,系统地研究了压力依赖的CsPbBr3单晶微米片光致发光(PL)光谱、PL寿命光谱、吸收光谱以及光学图片,揭示了其内部应力、光学性质与晶体结构随压力的演化过程。本文主要做了如下工作:(1)利用化学
道路交通事故被认为是当今世界最严重的问题之一,对人类生命和财产安全造成了极大威胁。城市道路交通系统是道路交通系统的重要组成部分,其安全水平直接关乎城市发展进程,因此,开展城市道路交通事故预防工作刻不容缓。交通事故影响因素分析及预测研究是事故预防工作中不可或缺的环节,有助于提前了解事故发展趋势,为预先采取针对性的管控措施提供理论支撑,有利于降低事故发生概率。本文首先借鉴经典事故致因理论的主张,分析了
在我国有超过50%的煤矿存在自然发火危险,矿井自然发火占总发火次数的94%,而CO2是引发温室效应的主要气体之一。若将CO2用于煤矿井下防灭火工作,不仅可以减少煤矿中火灾事故的发生,也有利于煤层中瓦斯的抽采,同时起到了保护环境的作用。本文针对阳煤五矿8230工作面发火及现场液态CO2管路输送问题,利用Aspen plus对液态CO2在不同条件下长距离管道输送进行研究。研究成果如下:纯液态CO2物性