掺杂氧化锌纳米材料的制备及高压相变拉曼光谱(3)
图5 1∶150Ag/ZnO的高压拉曼光谱图Fig.5 High-pressure Raman spectrum of the 1∶150Ag/ZnO
关于掺杂金属元素对ZnO高压结构相变的影响,Jin等研究利用原位高压同步辐射角色散X射线衍射技术研究Cu掺杂ZnO纳米材料的高压相变行为也发现类似结果,掺杂金属Cu会使纳米材料的相变压力减小[15]。Yan等利用高压Raman技术和第一性原理计算研究了Mn掺杂Zn的高压相变,研究发现由于Mn的掺杂可能引起两相表面能减小,从而在更低的压力下发生结构相变[14]。本文根据ZnO晶格参数以及晶胞体积相关数据分析可知,Ag掺杂可促使ZnO晶格膨胀从而引起晶体结构松弛,同时Ag离子的掺杂效应导致纤锌矿和岩盐矿两相之间内能差减小和相对体积变化增加。两相间内能差影响ZnO结构相变[8],是导致Ag掺杂ZnO样品从六角纤维锌矿结构变成立方岩盐结构的压力低于纯ZnO晶体相变压力的重要因素。
3 结 论
利用金刚石压腔结合原位拉曼光谱技术测定了水热辅助法所合成的纯ZnO纳米颗粒和Ag掺杂ZnO纳米颗粒的高压结构相变行为,研究结果如下:
(1)利用三乙醇胺辅助水热法制备了纯ZnO晶体和Ag掺杂ZnO晶体。FESEM图片显示纯ZnO和1∶150Ag/ZnO均为纳米小颗粒堆积成的纳米微球;XRD图谱数据表明纯ZnO晶体和1∶150Ag/ZnO晶体均为六角纤锌矿结构,Ag掺杂ZnO结晶度较好。
(2)采用金刚石压腔结合原位拉曼技术测定了纯ZnO晶体和1∶150Ag/ZnO晶体的高压结构相变过程,分析得到纯ZnO晶体和1∶150Ag/ZnO晶体从六角纤锌矿结构到立方盐岩结构的相变压力分别为9.0和7.2 GPa。Ag掺杂导致ZnO晶体较大的结构松弛和较小的晶格能,同时Ag离子掺杂引起ZnO晶体带隙变窄,晶格体积膨胀,两相的相对体积增加,使得相比于纯ZnO晶体,1∶150Ag/ZnO晶体具有较低相变压力。
(3)此高压研究揭示了元素掺杂对ZnO材料结构稳定性的影响,表明金刚石压腔结合拉曼光谱应用于纳米新材料研究是可行的,高压是纳米材料调控原理的潜在研究手段。
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文章来源:《高压物理学报》 网址: http://www.gywlxbzz.cn/qikandaodu/2021/0626/572.html
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