《相关系在无机固体材料中的应用.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《相关系在无机固体材料中的应用.doc（6页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、相关系在无机固体材料合成和研究中的应用相图是材料发展和生产的重要基础。人们想要得到在特定条件 下使用的材料 , 必须从相图上了解材料稳定存在应具备的条件或从 中受到发现新材料的启发。 在选择合理制备工艺过程中 , 也必须根据 相图确定可能的实验范围。 因此相图对材料的生产过程具有重要的指 导意义。下面从探索新材料这个角度来说明。 探索新材料的途径可以归结为以下几种 :(1) 根据某种理论设想晶体结构类型根据某种理论设想晶体结构类 型及组成元素 , 来寻找一种符合某种特性的新材料。(2) 在某种性能较好的基础上 , 用元素或化合物置换组成以该元素 为基的固溶体 , 达到要求的性能。(3) 用现有
2、材料推广其应用领域。把现有材料通过某种手段改变形态 , 达到某种特殊性能。下面举例说明： (1)六方钙钛矿层表面原子按密致层方式排列 AO3, 形成六方层状 结构时，插入的原子层应当与其匹配。在系统研究 La-Ca-Mn-o体系相 关系图过程中，我们发现了一种新型的稀土锰酸盐 La2Ca2Mn07。其 结构为La2MnO6,六方钙钛矿单层与Ca2O石墨层交替排列而成。La2Ca2Mn07中的La可以被其它稀土元素取代，当La被Nd完全取代时， 有超晶格结构出现。 这种超晶格可能与稀土离子的半径有着密切的关 系。20/0图4 (algiNcLCasMuO了系列化合物X射线衍射图：(b)10
3、76;- 15。局部区域放大图图4给出了 2B在10° -15°的X射线衍射图。当2 6=10.5 °时附近 新的衍射峰开始出现，表明结构畸变已经发生。利用CSAS对整个系 列的结构进行了精修，表3给出了精修得到的晶胞参数。当X< 1.0时, 样品是具有La2Ca2MnO7结构的单一物相并且随着X值的增大，晶 胞参数a和c线性减小。因此这个区域是具有 La2Ca2MnO7结构的 固溶体。在1.0v xv 1.5的区域为两相区，样品中含有 La2Ca2MnO7 和Nd2Ca2MnO7两种结构的物相。当 x > 1.5时，样品是具有Nd2Ca2Mn07结构
4、的单一物相，随着x值的增大，晶胞参数a和c线 性减小。effective radii of RE IA图5 .NdXazMi系列化合物晶胞参数随稀土离子有效半径变化曲线冷铉R = l. 315A到/i = L33A 之间出现两相区域图5给出了 La2-xNdxCa2Mn07体系的相图，图中的横坐标为稀土离 子的平均半径。可以看到随稀土离子平均半径的减小，体系样品的结构变化是不连续的，中间包含一个两相共存区域。在两相区中晶胞参 数a和c发生相反变化，随Nd含量的增加，有效离子半径逐渐减小，a是向 减小方向突跃 而c则向增大方向突跃。出现这种现象的原因是随着稀 土离子半径减小La2-XNdxCa2
5、Mn07结构中的六方钙钛矿层内部应力 增加变得不稳定，使得结构中的Mn06八面体发生畸变，这种畸变导致 a-b面内收缩和c轴方向的膨胀，以满足较小的稀土离子配位数的要求。由上可知：La和Nd可以形成新型的六方层状钙钛矿化合物La2Ca2Mn07,其结构为La2Mn06，六方钙钛矿单层与Ca2O石墨层交替排列而形。当稀土离子半径较小时，结构发生畸变。在La2-xNdxCa2Mn07体系中，我们发现两个固溶区(X < 1.0和X > 1.5)和一个两相区(1.0v xv 1.5)。(2)下图为La2O3-CaO-Mn30体系在900° C下的相关系：CaO 0,002 隔 W
6、*4 CaM叫 “a8 Caq, LO QLa2O3-CaO-Mn3O4三组分体系相图三组分凝聚态体系三角形的3个边分别表示相应组分的摩尔分数，三 角形的顶点分别对应于100%的La2O3 CaOMn304三角形的边是3 个二组分体系，第三组分的摩尔分数为 0 % .在La2O3-CaO-Mn30体系 中丄a2O3-CaO二组分体系中没有二元化合物， La2O3-M n3O中有一个 化合物LaMnO3,CaO-Mn3O中有6个化合物。三角形内的区域代表了三组分体系的组成。在三角形中与 CaO-Mn 30边平行的直线中任意一点La2O3含量是等同的，可以用平行线法确定三组分体系中任意点的组成。在La2O3-CaO-Mn3O体系900° C时等温截面中，存在有单相、两 相和三相区。CaMnO和LaMnO都具有钙钛矿结构，形成完全单相互溶 体系， 在图中用虚线包围的区域表示。 利用三组分等温截面可以系统 的了解体系的相关系，并可以用来系统寻找新化合物。材料生产和研究中所应用的途径 , 无不与相图密切相关。 在二元 系及多元系中 , 通过相图可以找出可能发现的新化合物及其随温度、 成分的变化 , 由此可以估计新化合物或者化合物为基的体系能否作 为材料使用。所以说相关系在无机材料合成与研究中有重要的作用。41011222孙远芳2010级材料化学