固体C_(60)分子动力学的核磁共振研究

在室温下,固体C_(60)呈面心立方结构,因分子快速旋转故取向无序.在250—260K,固体C_(60)分子的晶体结构出现了一级相变,在简立方晶格,降低的空间群对称性至P_a~(?),但即使在有序相,短程无序仍持续到较低的温度.不久前,Shi等报道了C_(60)单晶的弹性力学研究结果,对纯化的fcc晶体,杨氏模量在260K的一级相变点有8%的跳跃,而在160K存在着一个与频率有关的反常弹性形变(来自随时间变化的压力弛豫),而Tycko等提出的与自旋-晶格     

固体C_(60)在高压下的状态方程与相变

自从固体C_(60)被发现以来,人们已对固体C_(60)在常压下的性质进行了广泛的研究.近几年来,人们对固体C_(60)在高压下的晶体结构、电学性质与光学性质等进行了一些研究,观测到一些新的和有趣的现象.高压X光衍射测量和电阻测量表明固体C_(60)在大约15～22GPa范围内有一个相变.最近的研究还表明固体C_(60)在249K时也有一个相变,是从高温fcc结构变成低温sc结构,而且这个有序-无序转变温度随着压力增加而增加,所以在室温下,     

C_(60)膜的结构及退火效应研究

富勒烯C_(60)的发现及大量合成的成功,引起了国内外学术界对这一碳的同素异形结构的广泛关注.最早对C_(60)结构的X射线衍射分析指出C_(60)晶体具有hcp密堆积结构,其后的研究表明C_(60)在室温下以fcc结构存在,并在250K左右存在一fcc相到sc相的一级结构相变,此后关于C_(60)单晶和薄膜结构的报道为数众多,hcp相的单晶和薄膜中存在的hcp相也已发现.在众多的报道中,对C_(60)薄膜沉积条件对结构的影响、沉积后的薄膜对各种物理环境的影响的报道尚不多见.本文报道我们对C_(60)薄膜结构及退火效应所做的X射线衍射分析结果.     

固体C_(60)电阻的压力效应

固体C_(60)的发现引起了人们很大的兴趣,它的研究已成为一个相当活跃的新领域。单个的C_(60)分子具有稳定的球形笼状结构,而固体C_(60)是靠范德瓦尔斯力结合的,是一种分子固体,其结构为面心立方。固体C_(60)的能隙约为1.5eV,相当于本征半导体。掺入碱金属后呈现超导电性,其超导转变温度可达33K。近年来,Duclos等和N ez-Regueiro等已在高压下对固体C_(60)的晶体结构和电学性质等进行了研究,他们都发现固体C_(60)在15GPa或20GPa以上的压力下有一个相变,而且在N ez-Regueiro等,他们还采用快速和非静水压压缩的方     

C60单晶的电导和介电特性

C_(60)是近年来发现的碳的第三种稳定的同素异形体,由于其独特的性质,愈来愈受到人们的关注,并开展了大量的研究工作,例如:C_(60)的制备、C_(60)的结构研究、掺杂C_(60)超导体和C_(60)单晶的生长等。当然还有很多问题需要深入研究。但是,由于迄今所生长的C_(60)单晶尺寸都不够大,在一定程度上限制了某些工作的开展,例如C_(60)单晶的电学和光学特性等的研究。 我们曾专门设计、安装了双炉单温度梯度生长炉、双炉双温度梯度生长炉和“提拉”汽相法生长C_(60)单晶的装置,生长出高质量大尺寸的C_(60)单晶,其线度在2mm左右。这就为C_(60)单晶特性的深入研究提供了条件。此外,我们还专门设计制造了一个特殊的电测量装置,以便进行电导和介电特性的研究。     

C_(60)单晶的“提拉”汽相法生长

近几年来,许多科学家都为C_(60).这种不寻常的中空碳原子的排列结构及其所呈现出的许多独特性质所吸引,如掺杂C_(60)的超导性,巴基球——铁磁体系等,因而对C_(60)的研究工作愈来愈深入,其中的原因之一应归于C_(60)单晶的生长.但是,由于所生长的C_(60)单晶的尺寸不够大,因而在某些方面限制了C_(60)的深入研究,例如C_(60)的电学和光学特性的研究.所以,许多科学家正致力于高质量大尺寸C_(60)单晶的生长.     

福勒宁C_(60)与中心含碱金属福勒宁MC_(60)(M=Li、Na、K、Rb、Cs)的电子结构及其导电性研究

近年来报道,固体K_xC_(60)及Rb_xC_(60)(x=1—5)是导体。当x=0及6时,它们是绝缘体;当x=3时,它们导电性最好.降低温度,当温度降至18K时,K_xC_(60)便转变成超导体;当温度降至28K时,Rb_xC_(60)便转变成超导体.这些结果引起人们很大的兴趣.固体K_xC_(60)及Rb_xC_(60)当暴露在空气中时很不稳定,为此,为了得到在空气中能稳定存在的C_(60)超导体,最好合成中心含碱金属福勒宁MC_(60)。近年来已经知道,金属原子M(K、La、…)能进入C_(60)生成中心含金属MC_(60).     

C_(60)~-离子π电子云特性的核磁共振研究

由于C_(60)具有奇特的球形笼状结构以及不寻常的物理、化学性质,所以C_(60)及其衍生物成了当前物理、化学及材料科学等各个学科研究的前沿课题,特别是集中于A_xC_(60)这类化合物的研究,因为在K_3C_(60),Rb_3C_(60)及Rb_2CsC_(60)等化合物里测到了使人感兴趣的超导电性.但是在对A_xC_(60)等C_(60)负离子盐的核磁共振(NMR)研究中,有一个反常的现象始终困扰着研究者.纯C_(60)无论是晶形粉末还是在苯、甲苯中的溶液,用NMR测得的化学位移δ均为143(相对于TMS),而碱金属掺杂的K_3C_(60)的~(13)C谱线中心位移δ186,溶液中抗磁性C_(60)~(-n)(n可能为6)的化学位移为157.显然,这种实验现象与对传统的化学位移的认识产生了矛盾.化学位移理论认为,核周围空间电子云的分布使外磁场中的原子核受到电子云屏蔽,对抗磁性的核来说,化学位移应向高场移动,而C_(60)~(n-)的化学位移(相对于中性的C_(60))却向低场移动.     

C60晶体的电子辐照行为

C_(60)是异于石墨和金刚石的碳的第三种同素异形体,具有由20个六边形环和12个五边形环组成的足球式结构.自从1990年Kr(?)tschmer在实验室成功地常量制备并纯化C_(60)原子团簇以来,其奇异的结构和潜在的应用价值引起了人们的极大兴趣.C_(60)晶体在室温下为面心立方(fcc)结构,即一个足球状的C_(60)分子占据fcc的一个晶格位置,其晶格常数a=1.417nm.但是,目前人们对C_(60)晶体结构的稳定性还知之甚少.本文主要研究C_(60)晶体在电子辐照下的结构变化.     

利用“热壁扩散”法在金属衬底上生长C60单晶薄膜

自从石墨电弧放电制备克量级C_(60)的方法发现以来,研究不同衬底上C_(60)薄膜的生长行为就一直是科学家关注的热点之一.制备高质量的C_(60)薄膜,不仅在基础研究方面,而且在应用方面都具有重要的意义.例如,对于碱金属掺杂的C_(60)超导体,利用高质量的C_(60)单晶薄膜可以获得较窄的超导转变温区和较高的转变温度.此外高质量的C_(60)单晶薄膜对于研究由C_(60)和金属或半导体组成的双层膜或多层膜的非线性光学性能也具有重要的意义.C_(60)薄膜在不同衬底上的生长行为与许多因素有关,其中最重要的是衬底表面的原子排布是否与C_(60)的晶格相匹配,C_(60)与衬底之间是否存在电荷转移和是否存在键合.迄今为止,许多研究工作报     

常温下C_(60)晶体中C_(60)分子高速旋转机制的研究

1985年,Kroto,Smalley及其合作者在实验上发现了一新的单质碳形式:气相中多个碳原子聚集成一特殊稳定的团簇,其中C_(60)含量最丰.此后立即引起了大批实验和理论工作者的广泛关注,但研究中发现C_(60)晶体中的C_(60)分子在室温下高速旋转,给普通方法的探测造成困难.直到1990年Bethune及其伙伴将样品冷却至液氮温度使之减速,用扫描隧道显微镜才摄下了第一张C_(60)的粗略全貌.随后,1991年伯克利加州大学的化学家Hawkins等在巴基     

两种C_(60)-肌氨酸衍生物的室温荧光光谱

C_(60)以其独特的分子结构、物理化学性质以及许多方面的巨大潜在应用前景,引起了各国科学家的强烈兴趣.C_(60)宏观量制法的发现,极大地推动了人们对其独特物理化学性质的研究.其中C_(60)在室温或低温下在近红外区有微弱的荧光发射,这在文献中已有许多报道,然而这些报道却不尽相同.例如:早期的研究均未观察到C_(60)溶液的室温荧光光谱;Wang认为C_(60)荧光的量子产率随采用的不同的激发波长而变,而后来的工作则认为其量子产率与激发波长无关;另外C_(60)的荧光寿命短到0.033ns长到1.45ns均有报道.纯C_(60)衍生物的荧光     

C_(60)/C_(70)晶体摩擦相变的研究

笼形分子结构的富勒烯(C_(60)、C_(70)等)具有多种奇特的物理、化学性质,已成为材料科学研究的前沿课题.有人预言它可能具有一定的润滑性,是一种“密集型分子滚珠轴承”型润滑剂.但到目前为止,尚未有充足的实验证据.据报道,C_(60)及C_(70)在常温下沉积在不同底材上时构成不同的晶体结构,在金(Au)表面上为面心立方结构(a=14.2(?)),在玻璃表面为六角密堆积结构(a=10.05(?), c=16.41(?)).而且它们还有温度相变现象.Wragg还发现C_(60)/C_(70)混合富勒烯在石墨表面构成密堆积结构晶体.Guo等人指出其面心立方密堆积在能量上低于六角密堆积,因而相应稳定一些.     

C_(60)单晶溶液生长中的枝晶与分形

C_(60)作为一种新型功能材料已受到人们广泛关注,为了深入研究这种材料的结构和物性,以及开拓其潜在的应用领域,通过C_(60)粉来制备高质量的C_(60)单晶体就显得越来越重要.目前已报道的制备C_(60)单晶体的方法主要有两种:一是溶液法,即将C_(60)粉溶于苯、甲苯、环已烷等有机溶剂中,然后通过溶剂的快速蒸发结晶出C_(60)单晶.此法优点是生长装置简单,生长条件易于控制,生长出的C_(60)单晶尺寸较大,缺点是有机溶剂分子可能进入C_(60)晶体内部;另一种是气相法,即在真空中加热C_(60)粉,使其升华,并在冷端凝结为C_60单晶 此法优点是生长的C_(60)单晶纯度高、晶面规则,缺点是生长条件不易控制,生长的晶体尺寸较小.因此,无论用上述哪一种方法,目前要生长出高质量、大尺寸C_(60)单晶都是很困难的,其主要原因就是关于C_(60)晶体生长的动力学机制尚不十分清楚.本文在C_(60)晶体的甲苯溶液生长系统中,通过扫描电子显微镜观察到C_(60)晶体生长中的小面化晶体、枝晶及分形等生长形态,并且分析了其产生的动力学机制.     

非故意掺杂与半绝缘GaN缓冲层上的AlGaN/GaN异质结构的高温电子输运特性

研究了非故意掺杂(UID)与半绝缘(SI)GaN缓冲层(BL)上的Al0.35Ga0.65N/GaN异质结构高温下的电子输运特性,应用Hall效应系统地测量了样品在高温下的电子面密度和电子迁移率随温度变化的关系.实验发现,高温下AlGaN/GaN异质结构的电子迁移率主要受到LO声子散射的作用,其中,UID-BL样品的电子面密度随温度升高而逐渐上升,SI-BL样品的电子面密度则随温度升高呈现先下降再平衡后上升的规律.对相应的未生长AlGaN势垒层的本征GaN薄膜的高温电阻特性分析表明,随着温度的升高,UID-BL样品的电子迁移率受到背景载流子的影响逐渐增大;SI-BL样品的电子迁移率在室温附近受附加位错散射的影响较大,600K以后受背景载流子的影响缓慢增强,这对于研究AlGaN/GaN异质结构器件的高温特性具有很好的参考意义.另外,由理论计算可知,高温下二维电子气(2DEG)逐渐向势垒层和缓冲层内部扩展,电子在第一子带的占据从室温下的86%下降到700K时的81%.     

电子显微镜研究C_(60) Langmuir-Blodgett膜

1985年,Kroto等人首次发现碳的第三种同位素——碳60(简写为C_(60))。C_(60)作为一种新型的有机固体材料,已显示出许多特殊的物理、化学性质。与碱金属掺杂后,成为超导体。 C_(60)晶体结构的研究还有待进一步研究。Krtschmer等人首先提出C_(60)是六角密堆积结构。但Guo等人提出了C_(60)是面心立方结构,理由是C_(60)进行立方密堆积在能量上比进行六角密堆积低。     

量子化学从头计算法研究C70的分子静电势

C_(60)和C_(70)是富勒烯家族中最重要的两个成员,几种制备方法获得的富勒烯产物都是C_(60)和C_(70)的混合物.~(13)C-NMR谱观察到C_(70)有5个峰存在,单晶X射线衍射、中子衍射和从头计算研究都一致确认C_(70).是具有D_(5h)点群对称性的外形酷似橄榄球的分子.分子的许多物理化学性质都与其静电势密切相关,分子静电势对于研究分子与带电离子和极性分子的相互作用机制具有重要价值.目前用实验方法直接精确地测量富勒烯球内外的静电势尚十分困难,用非经验的量子化学从头计算法精确地计算富勒烯的静电势是一项十分有意义的课题.最近作者曾用Hartree-Fock/6-31G从头计算法获得了C_(60)的分子静电势,并解释了C_(60)的电子亲合势、低温堆积结构和碱金属掺杂化合物结构等实验事实.本文继续在Hartree-Fock/6-31G从头计算法水平研究C_(70)的分子静电势,并与C_(60)进行对比分析.     

硝基苯类C_(60)衍生物的合成研究

C_(60)及富勒烯族化合物的研究代表了当前新理论和新材料研究的新潮流.自从1990年Kr(?)tschmer等人利用电弧法获得宏观量C_(60)以来,C_(60)的研究已取得了重大进展.人们通过各种各样的化学反应方法,将许许多多功能不同的取代基引入到C_(60)球体结构中,合成了一系列C_(60)有机衍生物.C_(60)分子的足球状微观结构决定其固体微粒具有较高的耐压强度,作为碳元素的一种单质,C_(60)本身可以作为火箭推进剂的添加剂.如果能给C_(60)分子中引入多硝基苯基等含能基团,将会得到一种新型的笼状含能材料添加物.本文通过硝基苯类叠氮化与     

TiAl基金属间化合物的塑性变形行为

Kawabta等首次发现,Ti_(43)Al_(57)单晶化合物的强度,在某一温度以下表现出随温度上升而提高的反常效应(以下称为R效应)。而Lipisitt和Huang的研究工作指出,多晶TiAl(46—60at％Al)化合物,屈服强度随温度的升高而降低,与Kawabata的单晶实验结果     

富勒烯甲苯溶液结晶的形貌与分形研究

自Kratschmer等人,发现有效的制备富勒烯的方法之后,富勒烯的研究已成为科学研究的热点之一.为了这种材料的深入研究与开拓潜在的应用领域,制备C_(60)晶体是非常有意义的,尽管这方面已有不少报道,但要制备出大体积无缺陷的单晶,还有很多工作要做.我们在用甲苯溶液逐次生长法生长C_(60)晶体的过程中,发现C_(60)甲苯溶深的结晶形貌与C_(60)和C_(70)的相面比例有较大关系,并首次观察到富勒烯甲苯溶液结晶的分形现象,为晶体生长动力学的研究提供了一些有意义的结果.