《鈣鈦礦CaTiO3-Na1/2Ce1/2TiO3體系在高溫高壓下的晶體化學特徵研究》是依託北京科技大學，由李媛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鈣鈦礦CaTiO3-Na1/2Ce1/2TiO3體系在高溫高壓下的晶體化學特徵研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：李媛
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
CaTiO3-Na1/2Ce1/2TiO3體系是鈣鈦礦空間的2個典型端元組分形成的二元系，還未系統研究過，對應合成的Ca1-2xNaxCexTiO3（0.0≤x≤0.50,?x=0.05）屬於A位替代的含鹼金屬和輕稀土元素的鈣鈦礦化合物。目前，左端元CaTiO3在常規和極端條件下的結構和相變比較明確，而右端元組分Na1/2Ce1/2TiO3的情況不明確。本研究擬在常溫常壓下精確測定右端元組分的結構的基礎上，確定中間組分的結構，以及該體系隨組分的增加的系列相變，進而選取代表性組分，測定其在極端條件下（高溫、高壓）的結構穩定性，相變，揭示其晶體化學特徵，探討組分、溫度、壓力對結構、性質的影響。利用得到的溫壓結果，研究自然界中尚未發現的固溶體組分的結構，穩定結構的賦存條件，預測新的鈣鈦礦礦物種屬和特徵，擴展極端條件下鈣鈦礦相的研究範圍，了解其物質組成和狀態，探討其晶體化學特性和礦物學的意義。
結題摘要
本項目研究的CaTiO3 - Na1/2Ce1/2TiO3體系，其系列化合物(Ca1-2xNaxCex)TiO3（x = 0-0.5, Δx = 0.05），是典型的A位離子替代型的含稀土元素的鈣鈦礦型氧化物。通過高溫固體反應法合成了(Ca1-2xNaxCex)TiO3（x = 0-0.5, Δx = 0.05）共11個鈣鈦礦型化合物，利用電子探針和X射線衍射分析，確認了這是一個完全固溶體系列。從組分變化的角度，對CaTiO3 - Na1/2Ce1/2TiO3體系利用粉晶X射線衍射，同步輻射X射線衍射、透射電鏡、拉曼光譜、紅外光譜和熱分析等研究，得出鈣鈦礦(Ca1-2xNaxCex)TiO3的晶體結構特徵和一些相變規律。對於端元組分Na1/2Ce1/2TiO3的Rietveld擬合，確定其為I4/mcm結構。常溫常壓下，對於CaTiO3 – Na1/2Ce1/2TiO3體系，(Ca1-2xNaxCex)TiO3隨著Ce含量（x）的增加，結構從Pbnm結構轉變為I4/mcm結構，這種相變屬於二級相變，其相變邊界為x = 0.4 ~ 0.44。拉曼光譜和紅外光譜顯示了CaTiO3 – Na1/2Ce1/2TiO3體系的短程有序特徵的結果與XRD研究的結論完全一致。利用金剛石壓腔技術，將CaTiO3壓力加至40GPa依然未觀察到相變，只有三個晶軸不同程度的壓縮，此後有利用同步輻射和拉曼技術，升壓到60GPa依然保持著斜方結構。其理論模擬，預測CaTiO3在30GPa會發生相變，實測中並未發現。對端元組分Na1/2Ce1/2TiO3的高壓研究表明，右端元Na1/2Ce1/2TiO3在室溫常壓下和不同壓力下進行的XRD衍射實驗，並未觀察到明顯相變。晶胞參數a和c隨壓力的增大逐漸減小，c比a減小得明顯。理論計算的狀態方程與高壓實驗基本一致，實驗結果與理論計算結果基本一致。Ti-O-Ti鍵角隨壓力增大而減小。
