金刚石压腔结合拉曼光谱技术进行Pb掺杂对二氧化锡高压结构性能的影响研究

摘要：

因稳定的分子结构和物理化学性质,近年来SnO2在光、电、磁等方面应用日益广泛.为拓宽SnO2应用范围,对高压条件下纯SnO2和Pb掺杂SnO2结构的相变行为和拉曼光谱活性振动模的变化进行了探究.实验采用水热法制备了纯SnO2和Pb掺杂量为10％ 的SnO2样品.扫描电子显微镜(SEM)图表明,上述制备样品由多个纳米棒从中心发散排列而成,整体成类花状.X射线衍射图谱表明,样品在常温常压下晶体结构为四方金红石型SnO2(空间群P42).采用Mao-Bell型金刚石压腔结合原位拉曼光谱探究了金红石型SnO2和Pb掺杂SnO2两种材料的高压相变过程.研究结果显示,两种材料加压至26 GPa过程中,纯SnO2和Pb掺杂的SnO2的活性拉曼振动模(B1g,Eg,A2g,B2g)均向高频移动.在14 GPa时,纯SnO2的Eg峰分裂,563 cm-1处出现新峰,表明SnO2从常压四方金红石型结构向CaCl2型结构相变.Pb掺杂SnO2在常压拉曼谱图中出现了577 cm-1的拉曼峰.当加压至13 GPa时,B1g振动模向Ag模转变,材料发生一级相变.上述对比表明Pb掺杂的SnO2具有更低的一级相变压力点13 GPa,结果归因于SnO2晶胞中Pb离子代替Sn离子,原子之间间距变小,离子大小不同造成掺杂后价态差异表面缺陷,导致SnO2结构稳定性降低,进而降低了相变压力.此外Pb掺杂SnO2在压力12 GPa时,晶体的对称性降低,577 cm-1和639 cm-1处特征峰宽化开始合并成包状峰,表明有部分晶体表面原子无序性程度增加,出现晶体向非晶的转变过程.继续加压至26 GPa,两种材料特征峰渐渐消失,并未观测到其他特征峰的出现.非静水压对相变压力也存在一定程度影响.非静水压条件下部分晶体更易趋向于非晶,晶界处存在较大的应力使纳米晶体在晶界处极易形成高压相成核点,导致相变发生,进而降低相变压力.本文研究不同条件下SnO2的相变行为,丰富了极端条件下SnO2的物理化学性质的多样性研究.

关键词：SnO2、掺杂、纳米棒、拉曼光谱、金刚石压腔、非晶化、相变

所属期刊栏目：40

分类号：O521.2(高压与高温物理学)

资助基金：国家自然科学基金青年基金项目;上海理工大学科技发展项目

在线出版日期：2020-03-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：415-419