高压下晶体相变和电输运性质中的晶体形貌与晶界效应

The studies have evidenced that the grain size exerts a big influence on the pressure-induced phase transitions. The reports have also shown that the different morphologies can lead to the difference of the pressure-induced phase transitions and electrical transport properties, but the differences come from the crystal surface and the pressure-induced grain boundary effects still keep absence in systemic researches. This project focus on Cu2O single crystals with different morphologies, such as the cubes, truncated octahedrons, octahedrons, nanospheres, and nanoframes. High pressure experiments will be carried out using a symmetric diamond anvil cell (DAC). These samples will be studied by high pressure in situ electrical resistivity, high pressure in situ impedance spectroscopy, high pressure in situ hall effect, high pressure in situ synchrotron X-ray diffraction and Raman measurement experiments. The morphologies of the Cu2O crystals decompression from high pressure will be characterized by the Scanning electron microscope and Transmission electron microscope. Ab initio calculations will also be performed to account for the high pressure experimental results. This project aims to systemic explore the intrinsic link between the different morphologies and the measured physical parameters. Implementation of the project, it will deeply expound the mechanism of the morphology and the grain boundary effects and get some innovative research methods for exploring the regulation of the micro-structure and functional properties of materials under high pressure.

晶体的尺度对其压致相变的影响已为研究所证实。资料显示，不同初始晶粒形状也会导致压致相变改变和电输运性质的特殊变化，其中晶粒表面和由压力导致的界面效应起着重要的作用，该领域的系统研究尚未见报道。本项目以低温液相方法合成的立方体、去角八面体、正八面体、纳米球和纳米骨架氧化亚铜单晶粉末为研究对象，利用金刚石对顶砧压机加压，通过原位阻抗谱、霍耳效应、电阻率等电学测量，结合高压原位同步辐射X光衍射、高压原位Raman散射等多种高压原位测量技术、卸压后的SEM和TEM技术以及理论计算模拟，从多物理量在高压下的变化入手，全面探索各种晶体形貌及其在压力作用下形成的界面同其所测量的物理量之间的内在关联，加深对高压下晶体形貌和界面行为的理解，进一步推动材料微结构和功能性质的压力调控的深入研究。

材料表面与界面性质的改变会导致其物理性质及物理规律的变化。压力可以干预界面演化，从而影响其在压力依赖的振动模式、结构转变、电传输、光电和机械性质等。本文中通过高压原位同步辐射X光衍射、拉曼、交流阻抗谱及直流光电测试，结合卸压后后材料的扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱和第一性原理计算等分析手段，对材料进行研究，发现压力在表面与界面性质、结构相变及路径、介电、光电、导电类型、电传输和机械性能方面的调控作用。. 对不同形貌的氧化亚铜粉末的高压实验研究发现，其表面与界面随压力的施加而变化，压致结构相变性质基本不变，电输运性质呈现不同的压力依赖变化趋势，去角八面体形状的机械性能最好，可承受的压力为21.2GPa，比正六面体形状氧化亚铜的压力高6GPa；通过对钙钛矿材料的研究发现，压力不但可以调控其表面与界面、阻抗和光电性质，并且可以调控其电子/离子导电类型；通过对Zn2SnO4研究发现，不同的表面与界面特性可以影响其压致结构相变路径；在对二维层状材料二氧化钒和硒化锡的研究中发现，压力可以导致它们发生半导体-半导体的相变；项目组尝试性地对在OLED显示领域均有重要应用的有机化合物半导体三羟基喹啉铝（简称：Alq3）的高压电输运性质进行了研究。分别发现并Alq3中π-π健重叠和Al-羟基喹啉相互作用对电输运行为影响的机制。. 该研究中系统阐述了压力对十余种材料物理性质的调控结果，从多物理量在高压下的变化入手，全面探索了各种材料晶体表面与界面性质及其在压力作用下形成的界面同其所测量的物理量之间的内在关联，加深了对高压下晶体形貌和界面行为的理解，进一步深入研究了材料微结构和功能性质并提供了实验依据。