六方晶胞金屬氧化物的結(jié)晶學(xué)研究.pdf

1、本論文的研究目標(biāo)在于探索無機(jī)氧化物材料的結(jié)晶物理化學(xué)本質(zhì)，并以六方晶胞氧化物ZnO、Al2O3為例，從元素組成到晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，從結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)到各向異性生長再到大尺寸單晶生長等進(jìn)行了較為詳細(xì)的熱力學(xué)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究。具體工作如下:
　　從結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)的角度，研究了Zn1-xBexO(x=0-1）合金相中合金組成決定的結(jié)構(gòu)特征。利用金屬-氧鍵的鍵長確定了合金相中原子的相對(duì)位置。相對(duì)原子位置和等價(jià)的陽離子位置表明Zn1-xBexO(x=0-1

2、）合金相具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)。計(jì)算了Zn1-xBexO(x=0-1)合金相的晶胞參數(shù)、晶胞體積、XRD譜圖中特征峰的2確，和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果相一致。將該研究方法推廣到Cd1-xCaxO(x=0-1）合金相的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)中，計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。目前的工作為研究同結(jié)構(gòu)的Ⅱ-Ⅵ合金相的結(jié)構(gòu)特征提供了有效的結(jié)晶學(xué)研究途徑。
　　從結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過Zn-O鍵長定量關(guān)聯(lián)了ZnO的各向異性形貌和顆粒尺寸，建立了鍵長-顆粒尺寸-各向異性形貌之間的定量關(guān)

3、系，研究了納米尺度范圍內(nèi)ZnO形貌的轉(zhuǎn)變機(jī)制。熱力學(xué)上，當(dāng)顆粒尺寸小于2.94 nm時(shí)，ZnO傾向于形成六角錐狀納米結(jié)構(gòu);當(dāng)顆粒尺寸小于3.60 nm時(shí)，ZnO傾向于形成納米棒;當(dāng)顆粒尺寸大于3.15 nm時(shí)，ZnO傾向于形成鉛筆狀微/納結(jié)構(gòu);當(dāng)顆粒尺寸大于3.92 nm時(shí)，ZnO傾向于形成截頂鉛筆狀微/納結(jié)構(gòu)，和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。此外，建立了ZnO的納米團(tuán)簇尺寸-各向異性形貌之間的定量關(guān)系。納米團(tuán)簇的三維尺寸決定了團(tuán)簇的各向異性化學(xué)鍵合

4、能量密度，利用團(tuán)簇的各向異性化學(xué)鍵合能量密度能夠定量計(jì)算ZnO單晶的各向異性形貌。當(dāng)ZnO納米團(tuán)簇沿a(b)軸的尺寸從0.33 nm增大至1.95 nm時(shí)，ZnO形貌從六棱柱狀演變到線狀;當(dāng)ZnO納米團(tuán)簇的尺寸沿c軸從0.52 nm增大至3.13 nm時(shí)，ZnO形貌從六棱柱狀演變到板狀。通過調(diào)節(jié)表面Zn-O鍵的鍵長以及ZnO團(tuán)簇的尺寸可以為系統(tǒng)調(diào)控ZnO納米結(jié)構(gòu)提供理論方案。
　　將結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)形貌應(yīng)用在提拉生法長大尺寸藍(lán)寶