因稳定的分子结构和物理化学性质, 近年来SnO2在光、 电、 磁等方面应用日益广泛。 为拓宽SnO2应用范围, 对高压条件下纯SnO2和Pb掺杂SnO2结构的相变行为和拉曼光谱活性振动模的变化进行了探究。 实验采用水热法制备了纯SnO2和Pb掺杂量为10%的SnO2样品。 扫描电子显微镜（SEM）图表明, 上述制备样品由多个纳米棒从中心发散排列而成, 整体成类花状。 X射线衍射图谱表明, 样品在常温常压下晶体结构为四方金红石型SnO2（空间群P42）。 采用Mao-Bell型金刚石压腔结合原位拉曼光谱探究了金红石型SnO2和Pb掺杂SnO2两种材料的高压相变过程。 研究结果显示, 两种材料加压至26 GPa过程中, 纯SnO2和Pb掺杂的SnO2的活性拉曼振动模(B1g, Eg, A2g, B2g)均向高频移动。 在14 GPa时, 纯SnO2的Eg峰分裂, 563 cm-1处出现新峰, 表明SnO2从常压四方金红石型结构向CaCl2型结构相变。 Pb掺杂SnO2在常压拉曼谱图中出现了577 cm-1的拉曼峰。 当加压至13 GPa时, B1g振动模向Ag模转变, 材料发生一级相变。 上述对比表明Pb掺杂的SnO2具有更低的一级相变压力点13 GPa, 结果归因于SnO2晶胞中Pb离子代替Sn离子, 原子之间间距变小, 离子大小不同造成掺杂后价态差异表面缺陷, 导致SnO2结构稳定性降低, 进而降低了相变压力。 此外Pb掺杂SnO2在压力12 GPa时, 晶体的对称性降低, 577 cm-1和639 cm-1处特征峰宽化开始合并成包状峰, 表明有部分晶体表面原子无序性程度增加, 出现晶体向非晶的转变过程。 继续加压至26 GPa, 两种材料特征峰渐渐消失, 并未观测到其他特征峰的出现。 非静水压对相变压力也存在一定程度影响。 非静水压条件下部分晶体更易趋向于非晶, 晶界处存在较大的应力使纳米晶体在晶界处极易形成高压相成核点, 导致相变发生, 进而降低相变压力。 本文研究不同条件下SnO2的相变行为, 丰富了极端条件下SnO2的物理化学性质的多样性研究。

Diamond anvil cell (DAC) experimental technique is widely employed in the fields of physics, chemistry and materials for scientific research. Since Bridgman carried out metal anvil device and later development of DAC technique, novel design of DAC and applied pressure technique have been developed. This paper introduces the piezoelectric driving DAC device for achieving high pressure at low temperature of 20 K by in situ continuous tuning pressure. A tuning range is about 2—4 GPa. The DAC device can be easily embedded in a cryostat due to its small size and convenient operation.

采用机械剥离法在金刚石对顶砧中制备了单层WSe2和MoSe2样品, 利用高压微区荧光光谱测量技术, 在氩传压介质环境下对其激子发光行为进行了高压调控研究。其中单层WSe2的中性和负电激子演化趋势在2.43 GPa处出现拐点, 单层MoSe2中性激子发光在3.7 GPa处发生了劈裂。结合第一性原理计算分析, 确认该不连续现象的产生机制为压力诱导的导带底K-Λ交互转变。该结果可以扩大至整个二维层状材料体系, 为发展激子器件垫定基础。

The equations of state (EOSs) of materials are the cornerstone of condensed matter physics, material science, and geophysics. However, acquiring an accurate EOS in diamond anvil cell (DAC) experiments continues to prove problematic because the current lack of an accurate pressure scale with clarified sources of uncertainty makes it difficult to determine a precise pressure value at high pressure, and nonhydrostaticity affects both the volume and pressure determination. This study will discuss the advantages and drawbacks of various pressure scales, and propose an absolute pressure scale and correction methods for the effects of non-hydrostaticity. At the end of this paper, we analyze the accuracy of the determined EOS in the DAC experiments we can achieve to date.

当前,拉曼光谱通常被应用于定性研究,拉曼光谱的定量研究明显不足.通过理论分析,拉曼光谱的定量研究应当基于其相对强度来进行.据此,通过对三种不同浓度的Na2SO4溶液进行拉曼光谱分析,得到了常温常压下水溶液中SO2-4离子浓度的定量方程为:ｃ(SO2-4)=4.779 6R(r2=0.999 4).此外,对高温高压下硫酸根水溶液的拉曼光谱也进行了研究.光谱分析表明,温度和压力将影响拉曼谱峰强度比值与SO2-4浓度的关系.高温高压下水溶液中SO2-4浓度的定量方程为:c(SO2-4)=4.779 6(R+1.469×10-4ΔT+1.340×10-4ΔP),式中c(SO2-4)为待测溶液中SO2-4的浓度,R为拉曼谱峰强度的比值R(SO2-4/H2O),ΔT为相对于常温(23 ℃)时的温度差,ΔP为相对于常压(0.1 MPa)时的压力差.该方程适用的温度范围为23 ℃≤T≤360 ℃,浓度范围为0.5～1.5 mol·L-1,测量的相对误差为6.5%.对于具有拉曼活性的物质,拉曼光谱实验技术可以用来进行水溶液中物质浓度的定量研究.

实验利用金刚石压腔装置研究了常温和0.1～1 400 MPa范围内黄铜矿A1振动模式的原位拉曼光谱特征。 结果显示在实验条件范围内, 该拉曼振动峰的强度和形态保持稳定, 表明晶格内Cu-S和Fe-S间的相互作用没有发生质变。 实验发现黄铜矿该拉曼振动的波数随着压力升高连续向高频方向移动, 两者的线性关系为: ν290＝0.031 2p+290.60(0.1≤p<58.8 MPa)和ν290＝0.005 72p+292.10(58.8≤p<1 400 MPa)dν/dp。 常温下58.8 MPa是黄铜矿该拉曼波数随压力变化率的一个突变点, 低于和高于该压力时分别为31.2和5.72 cm-1·GPa-1, 显著的差异表明黄铜矿的结构可能发生了某种改变。

三元体系NaCl-CaCl2-H2O是一种重要的天然水-盐体系。 然而, 研究人员在过去只研究了低温下该体系的相变, 但在高温高压条件下拉曼位移和物理参数之间的定量关系却并没有被报道。 利用利用热液金刚石压腔(HDAC)和石英压标, 对高温高压下三元体系NaCl-CaCl2-H2O的拉曼光谱特征进行了系统的研究, 并获得了水的O—H伸缩振动谱带的拉曼位移、 溶质质量分数和压力之间的定量关系。 其中盐的质量分数相等(NaCl与CaCl2), 分别为4.0 mass％, 8.0 mass％和12.0 mass％。实验结果表明, 当盐的质量分数和体系的压力保持不变时, O—H伸缩振动的标准拉曼位移差(Δν(O—H))伴随着温度的升高而增大。 当温度和压力恒定时, Δν(O—H)随盐的质量分数的增加而增大。 对于这个三元体系, 其Δν(O—H)与压力近似为线性关系, 且不同盐度条件下的关系斜率相近。 Δν(O—H)与温度(T)、 压力(P)、 溶质质量分数(M)之间的定量关系为P＝-31.892Δν(O—H)+10.131T+222.816M-3 183.567, 其中该方程的有效PTM范围为200 MPa≤P≤1 700 MPa, 273 K≤T≤539 K 以及M≤12 mass%。 该公式可以用来作为地质压力计, 用于研究等盐度条件下在NaCl-CaCl2-H2O体系流体包裹体。 该方法作为一种直观的地质探测技术, 具有潜在的应用价值。