不同初始状态的SiO2在高温高压下的结构转变研究

论文摘要

本文首次以含Si-OH形式结构水的非晶SiO2粉体、α-方石英和α-鳞石英作为初始原料在高温高压下研究了柯石英的合成,并考察了通过机械球磨和碳纳米管（CNMTs）掺杂等手段改变原料的初始状态对柯石英合成条件的影响,还考察了柯石英在高温高压下的结构稳定性。实验结果表明,含Si-OH结构水的非晶SiO2粉体在0-4.2GPa、0-1200℃范围内的压致晶化产物α-石英和柯石英的P-T相边界斜率为负;首次发现Si-OH对柯石英的合成有显著的催化作用,在4.2GPa压力下得到了目前最低的柯石英合成温度190℃,并且把合成时间缩短到了秒量级。模拟折返过程的实验结果表明阶梯式降温降压到常温常压的时间为40h时,柯石英完全转化为α-石英,显示柯石英在漫长的折返过程中很难保存下来。α-方石英和α-鳞石英在高温高压的结构转变研究显示,α-鳞石英比α-方石英和α-石英更容易形成柯石英。此外,还以廉价的单质Si和石墨为原料,首次加入NH4Cl作分散剂,使用改进振动方式的高能机械球磨机制备了分散性良好的粒径约为6nm的β-SiC粉体,而且制备β-SiC可以发出显著蓝移的中心位于382nm蓝紫光。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 高压技术及其应用
• 1.1.1 高压实验技术简介
• 1.1.2 高压在固态反应中的作用
• 1.1.3 高压技术在地球科学中的意义
• 1.2 环带式两面顶高压压机简介
• 1.2.1 高压组件及实验方法
• 1.2.2 传压介质
• 1.2.3 压力和温度的标定
• 1.3 石英的常见晶型及相变
• 1.4 纳米材料的研究概述
• 1.4.1 纳米材料的基本性质
• 1.4.2 纳米材料的制备方法
• 1.4.3 纳米材料的用途
• 1.5 选题的意义及主要研究内容
• 2在高温高压下的晶化研究'>第2章 非晶SiO₂在高温高压下的晶化研究
• 2.1 引言
• 2.2 初始原料和实验方法
• 2.2.1 初始原料
• 2.2.2 实验设备
• 2.2.3 实验方法
• 2的常压热稳定性研究'>2.3 非晶SiO₂的常压热稳定性研究
• 2的晶化研究'>2.4 高温高压下非晶SiO₂的晶化研究
• 2.4.1 晶化产物的 XRD 分析
• 2.4.2 晶化产物的Raman 和FT-IR 分析
• 2.4.3 晶化产物的P-T 相边界
• 2在高温高压下晶化过程的动力学研究'>2.4.4 非晶SiO₂在高温高压下晶化过程的动力学研究
• 2在高温高压下的晶化研究'>2.5 经球磨处理的非晶 SiO₂在高温高压下的晶化研究
• 2的低能球磨处理'>2.5.1 非晶SiO₂的低能球磨处理
• 2在高温高压下的结构转变'>2.5.2 经低能球磨的非晶SiO₂在高温高压下的结构转变
• 2.6 Si-OH 对柯石英合成条件的影响
• 2.7 掺入 MWCNTs 对柯石英合成的影响
• 2.7.1 CNT 简介
• 2和MWCNTs 混合原料的球磨制备'>2.7.2 非晶SiO₂和MWCNTs 混合原料的球磨制备
• 2和MWCNTs 混合原料在高温高压下的结构转变'>2.7.3 非晶SiO₂和MWCNTs 混合原料在高温高压下的结构转变
• 2.7.4 地球内部存在局域高压微区的可能性
• 2.8 柯石英的稳定性研究
• 2.8.1 柯石英在常压高温下的稳定性
• 2.8.2 柯石英在高压高温下的稳定性
• 2.9 小结
• 第3章 α-方石英在高温高压下的结构转变研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 初始原料
• 3.2.2 实验设备
• 3.2.3 实验过程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 α-方石英的制备
• 3.3.2 α-方石英的高能机械球磨处理
• 3.3.3 α-方石英在高温高压下的结构转变
• 3.3.4 部分非晶的α-方石英在高温高压下结构转变
• 3.3.5 完全非晶的α-方石英在高温高压的结构转变
• 3.4 小结
• 第4章 α-鳞石英在高温高压下的结构转变研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 初始原料
• 4.2.2 实验设备
• 4.2.3 实验过程
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 α-鳞石英的制备
• 4.3.2 α-鳞石英在高温高压下的结构转变
• 4.4 小结
• 第5章 SiC 纳米粉体的机械球磨制备研究
• 5.1 引言
• 5.1.1 SiC 的结构、性质及用途
• 5.1.2 SiC 粉体的常见制备方法
• 5.1.3 本工作的意义
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 初始原料和实验设备
• 5.2.2 实验过程
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 不加分散剂时 SiC 纳米晶的球磨制备与结构表征
• 5.3.2 加入分散剂时SiC 纳米晶的球磨制备和形貌特征
• 5.3.3 SiC 纳米晶的光致发光性质
• 5.4 小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果
• 致谢
• 摘要
• Abstract