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MO_2(M=Ti,Zr,Mn)的高温高压相变研究

张红  
【摘要】:已有MO_2压致相变序列及其高压相的研究结果差异较大,虽有共识,但也有相互矛盾之处。基于此事实,本论文中选择了具有代表性的三种二氧化物—金红石(YiO_2),斜锆石(ZrO_2),软锰矿(MnO_2),以Ar作压力介质,在准静水压力条件下,利用激光加热金刚石压砧高压装置(DAC)技术和显微Raman光谱原位测试及同步辐射能量色散X射线原位测试方法,在一定的压力、温度范围内对YiO_2,ZrO_2,MnO_2开展了高温高压相变研究。 通过本论文的研究,首次获得金红石结构TiO_2的高压Pbcα相和斜锆石结构ZrO_2的高压Pbcα相的Raman谱图。在金红石高温高压相变的Raman光谱研究中发现,在压力逐渐增加过程中,金红石于13.4GPa和29.4GPa时依次转变为斜锆石相和Pbcα相。其中斜锆石相转变成Pbcα相需要加热才能发生,而卸压时却在较小的压力区间即迅速转变完全,两相转变压力边界约在28GPa左右:Pbcα相常温下一直到实验最高压力63.4GPa,仍稳定存在。在斜锆石高温高压相变的Raman光谱研究则表明,斜锆石相随着压力的增加先后于3.4GPa和15.3GPa转变为Pbcα相和PbCl_2相,斜锆石相转变成Pbcα相并不需要加热,且在较低压力约3.4GPa即可发生转变,Pbcα相转变为PbCl_2相则需加热;与先前研究形成比较的是,软锰矿在0~43GPa的同步辐射EDXD高温高压实验表明,并不能得到除CaCl_2相外的新高压相。卸压时,CaCl_2相又恢复为金红石相。固定B_0=4,得到CaCl_2相B_0为230(4)GPa。本论文提出了MO_2高温高压相变的一般趋势:金红石相→CaCl_2相→α-PbO_2相→斜锆石相→Pbcα相→Pα(?)相→PbCl_2相,根据M~(4+)不同的半径大小、电子构型及电负性的特点,不同的二氧化物的相变又存在一些差异,或经历其中一个相变或经历多个相变。这为SiO_2的高压相变序列研究提供了新的思路,MO_2的其它多形结构一斜锆石、Pbcα、Pα(?)和PbCl_2相,都可能被SiO_2在高压下所采取,Si的配位数从7变到9,这还有待于实验的进一步证实。


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