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新型含铋、含铅的硼酸盐晶体探索合成及其结构研究

作　者: 尹慧
导　师: 陈学安
学　校: 北京工业大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 非线性光学晶体 高温溶液法 硼酸盐 晶体结构 性质研究
分类号: TB39
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本论文采用高温溶液法生长出了两种新型硼酸盐晶体:BiCd3（AlO）3（BO3）4和（Pb3O）2（BO3）2WO4,此外,在探索新型硼酸盐晶体过程中,获得了两种新型氧化物晶体:Pb3Bi2（SiO4）3和LiNaNb6O16。在Rigaku AFC7R X-射线四圆衍射仪上进行X-射线衍射数据收集,运用SHELX-97软件以直接法解析晶体结构,并对它们的性质进行了分析和研究。BiCd3（AlO）3（BO3）4以六方空间群Pb3结晶,晶体学参数为:a = 10.3919（15） （?） , c = 5.7215（11） （?） , Z =2。在其晶体结构中,AlO6八面体通过共用边沿c轴方向形成一维链,链间又由BO3三角形通过与AlO6八面体共用顶点氧原子形成三维网络结构。沿[001]方向,该三维网存在两种孔道:一种孔道填充Bi3+/Cd2+离子;另一孔道填充Bi3+/Cd2+离子和BO3基团。红外光谱研究进一步证实BO3基团的存在。粉末倍频效应测试表明,其倍频强度约为KDP （KH2PO4）的一半。UV漫反射光谱研究表明,该化合物光学能隙约为3.19 eV,固态荧光发射光谱表明其最大发射峰位于390.6nm处,荧光很可能是由于缺陷导致的。能带结构计算表明,BiCd3（AlO）3（BO3）4是间接半导体,且具有各向异性。（Pb3O）2（BO3）2WO4以正交空间群Cmcm结晶,晶体学参数:a = 18.480（4） （?） , b =6.3567（13） （?） , c =11.672（2） （?） , Z = 4。其基本结构单元包括BO3平面三角形、OPb4八面体和WO4四面体。相邻OPb4四面体之间通过共用顶角原子形成一维链,BO3基团与WO4基团通过Pb-O键将其结合起来形成三维网络结构。红外光谱证实了BO3基团的存在;UV漫反射光谱表明该物质具有陡的吸收边,由此得出能隙值约为2.9 eV,固态荧光光谱表明该物质的发射峰约为337.6 nm,能带结构计算结果表明,（Pb3O）2（BO3）2WO4是直接能隙晶体。Pb3Bi2（SiO4）3以六方空间群P63/m结晶,晶体学参数:a = 9.6909（14） （?） , c = 7.1886（14） （?） , Z = 2。其基本结构单元是SiO4四面体,SiO4四面体又被Pb2+和Bi3+离子结合起来形成三维网络结构。能带结构计算结果表明Pb3Bi2（SiO4）3为间接能隙晶体,能隙值为1.703eV,其价带顶主要来自O 2p轨道的贡献,导带底主要由Bi 6p电子态组成。LiNaNb6O16以正交空间群Amm2结晶,晶体学参数:a = 3.9490（8） （?） , b = 10.180（2） （?） , c = 14.759（3） （?） , Z = 1。LiNaNb6O16晶体结构中,基本结构单元是NbO6八面体和NbO7五角双锥体,NbO6八面体之间通过共用顶角氧原子连接,又与NbO7五角双锥以共用边方式结合起来形成三维网络结构。能带结构计算结果表明,该化合物是间接半导体,能隙值为1.318eV,其价带顶主要来自O 2p轨道贡献,导带底主要由Nb 4d电子态组成。其中,BiCd3（AlO）3（BO3）4和LiNaNb6O16均以非心空间群结晶,是潜在的非线性光学晶体材料。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 课题背景  10
  1.2 硼酸盐晶体的结构特征  10-15
    1.2.1 硼酸盐中的硼氧基团  10-13
    1.2.2 硼酸盐晶体的非线性光学效应  13-15
  1.3 硼酸盐晶体国内外研究现状  15-16
  1.4 选题意义与研究思路  16-18
    1.4.1 选题意义  16
    1.4.2 研究思路  16-18
第2章 实验方法与原理  18-28
  2.1 晶体生长方法  18-20
    2.1.1 高温溶液法原理  18
    2.1.2 高温溶液法特点  18-19
    2.1.3 助熔剂的选择  19-20
    2.1.4 样品制备  20
  2.2 晶体结构测定  20-23
    2.2.1 晶体衍射实验  21-22
    2.2.2 晶体结构分析  22-23
  2.3 晶体性质表征  23-28
    2.3.1 粉末-X 射线衍射  23-24
    2.3.2 红外吸收光谱分析  24
    2.3.3 紫外-可见漫反射吸收光谱测试  24-25
    2.3.4 荧光光谱测试  25
    2.3.5 粉末倍频效应测试  25
    2.3.6 理论计算方法  25-28
第3章 BiCd_3(AlO)_3(BO_3)_4晶体的合成、结构与性质  28-40
  3.1 引言  28
  3.2 实验部分  28-31
    3.2.1 试剂与仪器  28
    3.2.2 样品制备  28-29
    3.2.3 单晶结构测定  29-30
    3.2.4 光谱测试  30-31
    3.2.5 电子结构计算  31
  3.3 结果与讨论  31-39
    3.3.1 晶体结构描述与粉末X-射线衍射图谱  31-34
    3.3.2 光谱分析  34-36
    3.3.3 粉末倍频效应  36
    3.3.4 电子结构分析  36-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章 (Pb_3O)_2(BO_3)_2WO_4晶体的合成、结构与性质  40-50
  4.1 引言  40
  4.2 实验部分  40-42
    4.2.1 试剂与仪器  40
    4.2.2 样品制备  40-41
    4.2.3 单晶结构测定  41
    4.2.4 光谱测试  41-42
    4.2.5 电子结构计算  42
  4.3 结果与讨论  42-49
    4.3.1 晶体结构描述与粉末X-射线衍射图谱  42-46
    4.3.2 光谱分析  46
    4.3.3 电子结构分析  46-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章 两种新型氧化物晶体的合成与结构研究  50-62
  5.1 引言  50
  5.2 实验部分  50-53
    5.2.1 试剂与仪器  50
    5.2.2 单晶样品制备  50
    5.2.3 单晶结构测定  50-53
    5.2.4 电子结构计算  53
  5.3 结果与讨论  53-59
    5.3.1 晶体结构描述  53-57
    5.3.2 理论计算结果  57-59
  5.4 本章小结  59-62
结论  62-64
参考文献  64-70
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  70-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 其他材料
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