次高压条件下助熔剂法合成过渡金属氧化物高压相晶体

Many transition metal oxides will occur magnetic collapse and show special properties under in-situ high pressure, but high pressure phases are hard to obtain at ambient conditions and many characterization tests are not fit for in-situ high pressure devices. In our project, transition metal ions will be totally activated during the chemical reaction and maintain a high pressure state under sub-high pressure. Intercept the high pressure phase, the crystal structure and properties will be tested at ambient conditions. A theoretical model of the relevance between pressure and these special properties will be established after compare the sub-high pressure phase with nomal phase, in-situ high pressure phase and analogue phase of the deep earth.

在高压原位实验中，许多过渡金属氧化物随着压力的升高，性质会发生许多特异的变化，当压力达到地球深部压力，也就是超高压（100GPa以上）时，甚至会发生磁坍塌，但由于高压原位条件和仪器设备的制约，针对高压相的很多性质研究都无法完成，并且，这些高压相变大多是可逆的，压力释放之后便消失了，无法在常压下获得，也就无法进行常规的性质表征。本项目拟在化学反应过程中，充分活化过渡金属离子，这时引入一个次高压条件，使其外层电子呈现特殊的高压态，并且，在反应过程中，引入助熔剂法，使过渡金属氧化物的单晶体以奥斯特瓦尔德熟化的机理生长，从而得到尺寸可控的高压相晶体，然后通过淬火等手段将其在常压截取下来。在常压条件下将截取的高压相单晶体进行结构和性质的表征，并通过与常压相，超高压原位相以及地球深部理论模拟相的实验数据进行比较，建立压力对过渡金属氧化物结构与性质变化影响的理论模型。

项目申请期内，项目组就对过渡金属复合氧化物助熔剂法合成了单晶体，并对它的晶体结构和磁学、电学性能等性质进行了研究，实验结果表明，项目所采用的合成条件虽然能够对晶体结构以及过渡金属周围的配位环境产生影响，但对其复合氧化物的性质影响却远不如简单过渡金属氧化物明显，未获得可总结的规律性变化。因此，在项目执行期，项目组将研究目标转变为更易受合成条件影响的稀土金属作为研究对象，对其掺杂的化合物晶体进行合成，并通过荧光性质表征来确定其外层电子能级的变化规律，这一调整，成功在合成体系中的获得了稀土金属离子特殊的荧光及上转换荧光性能。取得了很好的科学进展。特别是在Yb/Tm共掺杂体系中，在单一激活剂Tm离子存在的情况下，获得了蓝绿红三色的上转换荧光发射，其中绿色荧光是首次发现，这一新的合成方法，大大简化了上转换荧光材料的合成条件，减少了原料成本，为大规模工业生产提供了更好的工艺路线。