低維TiO2納米材料的高壓結構相變研究

《低維TiO2納米材料的高壓結構相變研究》是依託吉林大學，由李全軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：低維TiO2納米材料的高壓結構相變研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李全軍
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

本項目擬以低維TiO2納米材料為研究對象，利用Raman散射和同步輻射X射線衍射技術，高壓原位研究納米尺度下尺寸、形狀和維度對其結構相變的影響，探索不同維度限域下TiO2納米材料的高壓結構相變規律；研究高壓相變過程中TiO2納米材料的微觀晶體結構以及形貌變化，揭示相變過程中高壓相的成核和生長機制，明確壓力對TiO2納米材料形貌的影響；探索TiO2納米材料中的壓致非晶及非晶多形現象，揭示其物理機制；總結尺寸、維度和形狀對TiO2納米材料高壓相變的影響規律，為認識低維納米體系的新奇物理特性開闢新思路，探索製備新型高壓相納米材料的新途徑。

結題摘要

TiO2 納米材料是研究高壓下尺寸效應的典型模型材料。其高壓下獨特的尺寸選擇相變特性以及壓致非晶多形現象，拓展了人們對納米材料物理化學特性的新認識。低維TiO2納米材料的高壓相變研究，對深入認識納米材料的結構和性質、發現新現象和新規律具有重要的科學意義。本項目中，利用高壓同步輻射XRD、Raman光譜等技術在位研究了低維TiO2納米材料（納米線、納米管、納米片、多孔納米結構等）的高壓結構相變規律。發現了TiO2納米線中獨特的形貌調製高壓相變特性，其在壓力作用下跳躍了中間相α-PbO2結構，直接轉變為斜鋯石相。這與相同尺寸納米顆粒的高壓相變行為截然不同。具有高活性{001}暴露面的TiO2納米片顯示出超高的不可壓縮特性。其體模量達到317（10）GPa，明顯高於相應的體材料和納米顆粒。這是由於其[001]方向顯著的納米限域效應，使得其容易壓縮的O6空八面體比例明顯小於其體材料和納米顆粒。發現了納米多孔金紅石相TiO2微米棒的反常相變壓力升高特性，這一反常特性與其納米顆粒組成的多孔結構有關。在高壓下金紅石相向斜鋯石相轉變過程中大的體積塌縮未能發生，導致納米顆粒的表面能成為影響其相變壓力的主要因素。發現了TiO2納米管（管徑~10 nm）在高壓下具有良好的結構穩定性，並揭示了其結構穩定性與納米管狀結構的聯繫。製備出一系列常規方法難以獲得的具有高壓相結構的新型TiO2納米材料（α-PbO2結構TiO2納米線、納米片、多孔結構，以及低有序（非晶）結構TiO2納米管等）。這些結果表明，不同形貌和尺寸的TiO2納米材料體現出完全不同於其體材料的高壓相變規律，其形貌和尺寸在高壓相變過程中起重要作用。我們的研究揭示了高壓條件下納米材料的形貌和尺寸效應對其結構相變的影響，製備出多種具有高壓相結構的新型TiO2納米材料，為認識納米材料的獨特物理化學特性提供了新的視角。