结合会聚束电子衍射和X射线全散射对无铅压电材料局域结构的研究

结合会聚束电子衍射（CBED）和X射线全散射两种研究材料局域结构的手段，利用正带轴CBED方法和对分布函数（PDF）法，探索钙钛矿型无铅压电材料畴内的JT畸变构型、极性取向和准同型相界附近的相结构等问题，建立并验证反映局域结构的晶胞模型，揭示不同环境下压电材料中畴结构的变化规律。再利用定量CBED技术和拓扑学分析方法研究价电荷分布、化学键和原子轨道占有率等，为阐明压电活性机理打下基础。提供一种直接从更微小尺度上测量材料微观结构，进而研究压电材料中基础科学问题的新思路。

在青年基金的研究中，首先研究了会聚束电子衍射结构因子相方法是否适合于用来判断二元半导体化合物的极性。在对十一种代表性的二元化合物会聚束电子衍射盘进行模拟计算后发现，对于闪锌矿结构，可以从002和00-2两个衍射盘中的一对HOLZ线上看到明暗差别，体现出样品的极性，运用结构因子相方法可以很好的判断化合物的极性，而必要条件是A、B元素的原子序数差别不能太大，采用的带轴不能太靠近低指数带轴，因为此时结构因子的相位差别远离0或π，两个波既不叠加也不相消。厚度对衍射盘也有一定的影响，但只要厚度不太厚，基本满足薄晶体近似条件即可。对于二元半导体化合物的另外一种纤锌矿结构，我们也同样做了分析，纤锌矿和闪锌矿虽只是在第四层原子堆垛上有区别，但结构因子相方法却不能用来判断纤锌矿的极性。结构因子相方法适用或不适用的原因我们从理论公式上亦给出了解释。.另外，我们运用原子对密度分布函数方法（PDF）研究了压电材料K0.48Na0.52NbO3(KNN)，0.95(Na0.49K0.49Li0.02)(Nb0.8Ta0.2)O3-0.05CaZrO3(CZ5),0.71Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.29PbTiO3(PT29)的晶体结构。在上海同步辐射X射线衍射线站（14B）做了变温XRD实验，在13W线站做了变温原子对密度分布函数实验。对于KNN样品，不同温度下的XRD峰有明显区别，KNN晶体的ABO3单胞在键长和角度上都有显著变化，有从正交相（Amm2）变为四方相（P4mm）的相变发生。对于CZ5，虽然同样也有相变发生，但单胞的键长和角度变化的程度明显和KNN样品不同。从变温PDF的实验数据中发现，有部分峰（代表各种键长，列如Nb-O， K-K，及其倍数）发生了劈裂、位移或展宽。对于CZ5样品，除了类似KNN的谱线变化特征之外，还在Nb-O键长附近发现左右各有一个小峰，掺杂对结构有较明显的影响。后面将继续进行数据分析，找到不同温度和掺杂情况下PDF谱线变化的规律和原因。