2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、基于磷族和硫族元素的化合物數(shù)目繁多,表現(xiàn)出非常豐富的結構類型和許多優(yōu)異的性質(zhì)。在半導體,超導,熱電,鋰離子電池,儲氫,磁阻和紅外非線性等領域都有非常突出的表現(xiàn),是新型功能材料的“聚寶盆”。隨著研究的不斷深入和擴大,人們對新化合物的探索逐漸多元化和復雜化,而更多樣的結構也將帶來更多有趣的性質(zhì)。因此,我們對新型多元磷族Zintl化合物和硫屬化合物進行了探索,得到了一系列具有新結構的化合物,研究了其晶體結構,電子結構并測試了相關性質(zhì)。

2、  分別采用Sn和Pb作助熔劑得到了四個具有新結構的Zintl相磷化物,Ba5Tr2GeSnP8(Tr=Al,Ga)和Ba5Ga6TtP12(Tt=Ge,Sn),前者是由TrP4四面體和(Ge/Sn)P3三角錐連接而成的鏈狀結構,后者是由GaP4和(Ga/Tt)P4四面體構成的層狀結構。它們的結構與已知的磷化物Ba3Al2P4和Sr3In2P4有非常緊密的聯(lián)系。我們測試了Ba5Ga6TtP12(Tt=Ge,Sn)兩個化合物的熱穩(wěn)定性和光

3、學帶隙,發(fā)現(xiàn)二者都可以穩(wěn)定到1000K,帶隙分別為1.39和1.21 eV。通過理論計算分析了兩類化合物的電子結構,計算得出的帶隙與測試值相符。另外通過對比發(fā)現(xiàn)位于三角錐頂端和四面體中心的Sn原子電子結構之間有明顯的差別。
  采用Pb做助溶劑得到了一個具有復雜結構和超大單胞的銻基Zintl相化和物Ba23M20Sb25(M=Ga,Ge),其中Ga和Ge混合占據(jù)M原子的位置。該化合物是零維結構,其中40個M原子和30個Sb原子構成

4、一個像花朵一樣的簇,一個Ba原子填充在“內(nèi)環(huán)”由20個M原子圍成的十二面體籠子中,另外十二個Ba填充在“外環(huán)”由20個M和30個Sb原子圍成的十二個“碗”狀空間中。簇和簇之間填充Ba原子,啞鈴狀Sb-Sb二聚體,以及Sb3單元。這種簇是首次被報道。通過優(yōu)化生長條件,我們得到了大小約0.5cm×0.5cm×0.5cm的單晶并對其進行了熱導率測試。發(fā)現(xiàn)該化合物室溫下的熱導率為0.189W/m·K,比非玻璃態(tài)導電塊體材料的極限還要低。另外,通

5、過測試得到電阻率并計算出了電子熱導和晶格熱導,發(fā)現(xiàn)該化合物高溫下的晶格熱導率很低,推測原因在于該化合物復雜的結構,超大的單胞,許多無序的位置,以及含有大量重原子。電阻率隨溫度的變化行為證明該化合物是典型的半導體,通過擬合得出帶隙Eg為0.36eV。
  利用Pb助熔劑得到了兩個新型的Zintl相化合物Ba4AgGa5P8和Ba4AgGa5As8。二者有相同的非中心對稱結構,空間群為Iba2(No.45)。陰離子部分可以看作與TiN

6、iSi中NiSi層相似的GaPn層和與Ba2ZnP2同構的Ba4AgGaPn4穿插排列形成三維網(wǎng)格結構,其中Ag和Ga都處于四面體的中心。這種排列方式使得化合物沿c軸具有大的極性也因此帶來了大的倍頻效應。通過理論計算得出倍頻系數(shù)d34與截斷能的關系證明了陰離子框架對倍頻系數(shù)起決定性作用。吸收光譜測試得出Ba4AgGa5P8和Ba4AgGa5As8的帶隙分別為1.38和0.8 eV,比理論計算的結果略小,同時也證明了二者都是價態(tài)平衡的半導

7、體。另外,計算得到Ba4AgGa5P8和Ba4AgGa5As8的靜態(tài)倍頻系數(shù)d34分別為77.4 pm/V和107.1 pm/V,約為AgGaSe2倍頻系數(shù)d36的兩倍和三倍。二者的雙折射Δn分別為0.157和0.206,大小適中,利于實現(xiàn)相位匹配。
  利用鹽(BaCl2)作助熔劑得到了兩個新化合物Ba3GeS5和Ba3InS4Cl。二者都是由獨立的陰離子四面體[GeS4]和[InS4]分散排布形成的零維結構。盡管組成類似,但四

8、面體排布并不相同,這是由于[MS4]四面體尺寸的細微變化所致。二者結構的差異也體現(xiàn)了尺寸效應在晶體形成過程中發(fā)揮的重要作用。我們測試了二者的光學帶隙,Ba3GeS5和Ba3InS4Cl的帶隙分別為3.0和3.42 eV,通過分析吸收系數(shù)隨能量變化的行為推測Ba3GeS5是間接帶隙的半導體,而Ba3InS4Cl是直接帶隙半導體,這與能帶計算的結果相符。另外,從態(tài)密度圖可以看出,形成孤立S2-離子的S3原子的p軌道位于價帶中最靠近費米能級的

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