快壓凝固法制備大塊摻雜非晶硫及其熱穩(wěn)定性研究.pdf

1、大塊非晶材料的制備及其熱穩(wěn)定性研究是當(dāng)前非晶材料研究前沿的重要課題。本實(shí)驗(yàn)室探索了一種快壓凝固法，并已經(jīng)用這種新方法成功制備出大塊單質(zhì)非晶S等幾種非晶材料，但發(fā)現(xiàn)非晶S并不穩(wěn)定，暴露在室溫下75min后開始晶化，至168min結(jié)晶度達(dá)到26％。 本文針對非晶S的不穩(wěn)定性問題，利用快壓凝固法制備大塊摻雜非晶S，研究了雜質(zhì)對非晶S熱穩(wěn)定性的影響。添加的雜質(zhì)分別為單質(zhì)Se、P、I以及化合物KCl、KBr，添加比例為1mol％。制備實(shí)驗(yàn)

2、在1MN快速增壓設(shè)備上進(jìn)行，高壓模具為直徑26mm的硬質(zhì)合金活塞圓筒。制備過程為先預(yù)壓到0．17GPa，再加熱到430K（KCl為473K）使樣品充分熔化，在20ms內(nèi)加壓到2GPa，使熔融的樣品快速凝固，經(jīng)自然冷卻和緩慢降壓后取出樣品。回收的樣品通過XRD、DSC和室溫下在線WAXS等檢測，并與純S非晶樣品進(jìn)行對比。分析結(jié)果如下： ①XRD實(shí)驗(yàn)表明摻Se、I、P、KBr四種回收樣品與純S非晶有相似的非晶結(jié)構(gòu)，而在摻KCl的樣品

3、中既有非晶結(jié)構(gòu)也有共生的晶體； ②DSC實(shí)驗(yàn)表明所有樣品都在370K左右開始出現(xiàn)放熱過程，說明都在相似條件下發(fā)生了晶化；其中摻I非晶樣品的晶化熱為39．15J/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于純S非晶的晶化熱，其余樣品的晶化熱在25J/g左右，都高于純S非晶。純S非晶樣品晶化后在438K附近出現(xiàn)吸熱峰，摻雜樣品也多在相近溫度出現(xiàn)吸熱峰，通常認(rèn)為該吸熱峰對應(yīng)于晶體相的融化和S八環(huán)結(jié)構(gòu)變成長鏈結(jié)構(gòu)。但摻P非晶樣品的吸熱峰比純S的明顯平滑許多；而摻I非晶

4、樣品則直到470K也沒有出現(xiàn)吸熱峰。表明摻I樣品晶化后的晶體相具有相當(dāng)高的熱穩(wěn)定性。 ③室溫在線WAXS實(shí)驗(yàn)和結(jié)晶度計(jì)算結(jié)果表明摻Se和P的非晶樣品均在1小時(shí)左右開始晶化，且晶化速度都比純S非晶更快；而摻I非晶樣品則在191分鐘的檢測時(shí)間內(nèi)都沒有發(fā)生晶化，結(jié)晶度一直是0。這說明摻I非晶S在室溫下具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出純S非晶的穩(wěn)定性。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明快壓凝固法能制備出一系列含有不同雜質(zhì)的大塊非晶S，不同雜質(zhì)對非晶S熱穩(wěn)定性有不同程度