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光致形变是指材料在光诱导下产生的非热的形变,包括伸缩、弯曲、扭曲等形变。光致形变材料在无线光驱动器、微传感器和继电器、光控储气器以及其它潜在的光学机械应用领域具有重要的应用前景。从实际应用的角度来看,光致形变的研究还存在许多问题,比如响应慢、形变小、光吸收范围窄等。对这些问题的解决将加速器件微型化的前行,促进科技发展。二氧化钛(TiO2)是一种典型的光催化半导体材料,并且具有廉价易得、无毒、不会造成二次污染等优点。我们推测它可能具有潜在的光致形变效应。不过二氧化钛光吸收范围比较窄,偏向紫外部分,所以光能利用率并不高。本课题的目的在于检验二氧化钛中可能存在的光致形变效应并拓展其光谱响应范围,为实际应用奠定基础。研究内容及创新成果如下:本文首次研究了金红石型TiO2陶瓷的光致形变特性。首先,通过放电等离子烧结(SPS)的方法,将锐钛矿型TiO2粉体在1050℃下烧结得到金红石型TiO2陶瓷。紫外可见吸收光谱表征结果显示合成的金红石型TiO2的带隙比锐钛矿的TiO2带隙窄,并且对可见光有微弱的吸收。通过对二氧化钛陶瓷的光致形变性能测试,得到TiO2陶瓷在波长为405 nm光强为22.3 kWnf2、波长为520 nm光强为67.6 kWm-2和波长为655 nm光强为41.2 kWm-2激光辐照下的形变分别为1.6×10-3,1.8×10-3和7×10-4,平均响应速度约6s。为了调控二氧化钛带隙,拓宽其光吸收范围,增强可见光的吸收,本文采用对Ti02陶瓷进行氨气氛围退火的方式在600℃,650℃,700℃,750℃,800℃,850℃下对其进行氮掺杂。XRD和紫外可见吸收光谱结果显示TiO2陶瓷在掺杂过程中没有发生相变,N原子被掺杂到了 TiO2晶格中。通过对氮掺杂的二氧化钛陶瓷的光致形变性能测试,得到在波长为405 nm光强为22.3 kWm-2激光辐照下,600℃氮掺杂的TiO2陶瓷具有最大光致形变为1.6×10-3;在波长为520 nm光强为67.6 kWm-2激光辐照下,750℃氮掺杂的TiO2陶瓷具有最大光致形变为2.4×10-3;而在波长为655 nm光强为41.2 kWm-2激光辐照下,800℃氮掺杂的TiO2陶瓷具有最大光致形变为1.9×10-3,是纯金红石型TiO2陶瓷光致形变的3倍左右。原位XRD分析表明纯相TiO2陶瓷和氮掺杂的TiO2陶瓷在激光辐照过程中并没有发生相变,而是由光导致的晶格变化而产生形变。因此,我们认为非极性半导体陶瓷的光致形变与导带中过量的光激载流子引起的原子键长变化有关。