限域於納米管內的典型雙原子分子體系的高壓行為研究

《限域於納米管內的典型雙原子分子體系的高壓行為研究》是依託吉林大學，由劉冰冰擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：限域於納米管內的典型雙原子分子體系的高壓行為研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：劉冰冰
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

本項目擬利用北京同步輻射大裝置，採用高壓原位同步輻射X射線衍射、高壓原位XAFS等實驗方法，開展限域於納米管內典型雙原子分子體系的高壓行為研究，獲得準一維納米限域條件下雙原子分子的壓致結構相變規律，尋找金屬化相變和原子相形成的條件以及穩定的結構，探索準一維納米限域條件下非公度相變等新奇的物理現象，揭示納米限域條件下壓致分子解離、金屬化相變和原子相轉變的物理機制；研究高壓相的電學特性，探索新型超導相的形成。加深雙原子分子體系在準一維納米限域條件下高壓行為的認識，為在雙原子分子體系中獲得全新的金屬相和超導相等高壓新相提供一條嶄新的途徑，為得到新型的準一維納米材料提供實驗依據和理論指導。該研究在國際上是他人尚少涉獵的全新領域。

結題摘要

高壓下分子體系的研究對金屬氫的探索有著重要的指導意義。高壓下分子體系的結構相變、性質、分子解離等問題是人們關注的焦點。將高壓手段運用到限域分子體系，探索限域和高壓雙重作用下分子體系的物質形態、結構轉變、性質等，開闢了一個新的未知領域，為在高壓下獲得新結構、揭示新規律提供了巨大的創新空間。納米限域下的分子體系為我們開闢了一個認識微觀限域空間分子的新視角。 　　本項目中，我們利用北京同步輻射等科研大裝置，採用高壓原位同步輻射X射線衍射、Raman光譜等實驗技術，結合理論模擬，研究了雙原子分子納米限域體系、富勒烯分子納米限域體系、簡單含氫分子體系以及非分子體系納米材料等在高壓下的結構變化和相變規律。利用高壓等手段成功地製備出I2、Br2、N2、O2等分子限域於碳納米管、分子篩（AFI）納米孔道中的典型準一維納米限域複合結構材料。獲得了穩定的I2@AFI準一維限域複合材料，確定了碘分子在孔道內主要是以分子鏈(I2)n、原子鏈(In-)或部分分子垂直孔道方向的方式存在於孔道內，發現了準一維限域I2分子鏈的壓致增長和分子取向的轉變。成功地將N2分子限域於AFI納米孔道中，獲得了準一維限域的N2分子限域體系複合材料，發現了限域孔道中N2分子振動發生明顯的劈裂，獲得了常壓下穩定存在於AFI孔道中的非氣態氮。發現了O2分子在AFI限域孔道中的振動劈裂行為，揭示了其高壓相變機制。首次發現以壓致C60非晶團簇為結構單元的全新有序超硬碳晶體，進一步揭示了超硬相的形成機制。利用納米限域和壓力的雙重作用，實現了大碳籠富勒烯C70的壓致二聚和一維鏈狀聚合；研究了富勒烯限域於納米管內的結構及其動力學行為，發現了限域分子的最優取向與對稱軸的關係有關。對單壁碳納米管等限域模板開展了高壓結構性質等方面的研究，發現高壓下碳納米管可能發生聚合形成新的碳結構的實驗證據。理論模擬研究了乙矽烷等簡單含氫分子體系在高壓下的結構和超導電性等，揭示了其高壓下的結構穩定性，預測了其在高壓下的超導相結構及超導轉變溫度，並揭示了其超導電性的物理機制。對Gd2O3,TiO2納米線等非分子體系納米材料進行了高壓結構相變研究，發現了形貌對納米材料的高壓相變具有顯著地調節作用，為製備高壓相納米材料提供了新途徑。這些結果為分子限域體系的新奇物理特性提供了新的認識，豐富了對該體系結構轉變物理機制的理解。