《摻雜赤鐵礦（α-Fe2O3）納米晶高壓下的結構轉變與物性研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由蔡雲雨擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：摻雜赤鐵礦(α-Fe2O3)納米晶高壓下的結構轉變與物性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：蔡雲雨
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
對於赤鐵礦（α-Fe2O3）納米晶，摻雜不僅能引起其形貌結構發生變化，摻雜離子也導致晶體中新缺陷的形成。形貌結構、缺陷是影響納米晶高壓結構轉變行為的重要因素，因而摻雜納米晶高壓相變過程可能顯著區別於相應未摻雜和體相材料，研究摻雜赤鐵礦納米晶在高壓下結構性能轉變對於開拓Fe2O3材料新的功能與套用具有重要意義。鑒於此，項目擬以過渡族金屬Mn、Ti摻雜的α-Fe2O3納米晶為研究對象，利用液相雷射熔蝕技術獲取高活性膠體作為摻雜前驅體，製備雜質濃度和形貌尺寸可調的摻雜納米晶，揭示赤鐵礦納米晶及其摻雜體系在高壓下結構和性質變化規律，分析納米晶形貌結構和內部缺陷與高壓相變過程內在關聯，研究雜質對α-Fe2O3納米晶高壓相物性的作用機制，依賴高壓手段調控摻雜α-Fe2O3納米晶結構與性質。項目的實施將為摻雜納米晶高壓相變研究提供技術途徑與材料基礎，也為深入理解赤鐵礦納米晶高壓相變過程提供科學依據。
結題摘要
赤鐵礦（α-Fe2O3）納米晶在高壓下的結構轉變行為與形貌結構和內部缺陷密切相關。高效的摻雜技術不僅可以改變α-Fe2O3納米晶的形貌尺寸，也能形成新的缺陷。本項目通過液相雷射溶蝕技術製備高活性的膠體納米顆粒作為摻雜前驅體，成功實現Mn、Si、Sn等元素對α-Fe2O3納米晶的高效摻雜，不僅改變了氧化鐵納米晶的形貌尺寸，更形成了不同的晶格缺陷。通過壓力下的原位拉曼光譜分析，純相α-Fe2O3納米晶和摻雜的α-Fe2O3納米晶隨壓力上升會出現不同的拉曼峰，說明兩種體系的結構演變有不同的趨勢。其中，Si摻雜的α-Fe2O3納米晶在較低壓力下即可直接轉變為鈣鈦礦相，這一結果預示著摻雜體系的相變路徑極有可能不同於純相體系，在進一步排除納米結構形貌和尺寸的影響之後，我們認為是摻雜引起氧化鐵晶面原子的重新排列導致了上述結果。同時，我們在常壓條件下對不同氧化鐵進行了電學性質研究，為了進一步分析摻雜α-Fe2O3納米晶在高壓下的物性變化提供了直接的數據參考。針對納米材料的形貌結構影響，我們選擇純相的單晶Se納米帶作為研究對象，以規避材質和缺陷影響，研究其高壓相變過程中的關鍵性因素。結果表明，尺寸引起的表面能上升和形貌結構引起的結構坍能夠對相變過程的難易程度產生直接影響，而一維納米結構較納米晶顆粒更需要考慮後者的影響，較小的納米晶顆粒則更多考慮前者的影響。本項目不僅成功實現了多種高效摻雜α-Fe2O3納米晶的普適性方法，也對比分析了納米材料形貌結構、內部缺陷對高壓相變過程的影響。本項目為摻雜納米晶高壓相變研究提供技術途徑與材料基礎，也為深入理解赤鐵礦納米晶高壓相變過程提供科學依據。
