Li-Ti-O、Ti-O和Mg-Ti-O体系化合物的微波合成以及LiTi_2O_4超导电性的研究

【摘要】：近年来,非铜类氧化物超导体的合成及其超导电性的研究得到人们越来越多的重视。为了研究钛氧化物的超导电性,我们首次利用微波合成成功制备了三个体系的九种钛的氧化物,这种合成方法具有快速、经济、节能、不污染等特点。而以前主要运用的是传统的固态合成方法,则需要很长的加热时间和特殊的合成手段,如在动态真空下把样品封在石英管里加热。到目前为止,还未见其它文献进行过报道。 九种氧化物包括Li-Ti-O体系五种结构的四种氧化物(Spinel和Ramsdellite结构的LiTi_2O_4、LiTiO_2、Li_2Ti_3O_7、Li_2TiO_3),Ti-O体系的三种低价氧化物(Ti_2O_3、Ti_3O_5、Ti_4O_7)以及Mg-Ti-O体系的两种氧化物(MgTi_2O_4、Mg_(10.42)Ti_(1.58)O_4)。合成样品的结构特性、形貌、电阻以及磁化率分别利用X射线粉末衍射、扫描电镜、四引线法电阻测量、SQUID磁强计等进行测定,并研究了这些氧化物的电学和磁学性质。主要研究结果如下: 1.通过大量的实验,利用微波加热的方法成功合成了两种结构的LiTi_2O_4。所得的样品经过X射线粉末衍射、扫描电镜、电阻率和磁性的测量,结果显示低温的Spinel相是超导体,高温相Ramsdellite相是半导体。虽然现在关于Spinel相LiTi_2O_4的超导电性产生的原因还存在很多争议,但是通过比较LiTi_2O_4的两种结构,认为结构上几何阻挫的存在对超导电性的产生起重要作用。 2.利用微波加热的成功的得到了Ti_2O_3、Ti_3O_5和Ti_4O_7。其中实验中所合成的单相的Ti_2O_3样品的成本比市场价格低近10倍。我们对这三种氧化物的结构和电学性质进行研究。结果发现Ti_2O_3为半导体性质。Ti_3O_5在T≈150K之前一直保持一个近乎恒定的电阻值,在140K以后电阻突然上升。而Ti_4O_7在T≈150K时出现近似的金属—绝缘体相变,这与其它文献的报道相一致。 3.利用微波合成的方法成功的得到了Spinel结构的Mg_(l+y)Ti_(2-y)O_4(y=0、0.41、)。 在合成MgTi_2O_4的过程中,通过增加20%镁粉的量消除Mg元素的丢失。