稀土六硼化合物纳米颗粒的制备及物理特性

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本文采用固相反应法制备了稀土六硼化物RB6(R=La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu)的二元和赝二元化合物的纳米颗粒。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等研究了其物相组成及微观组织,用紫外可见分光光度计、综合物性测量系统(PPMS)等手段研究了样品的光学性质、磁性等物理性能。采用离散偶极近似法和第一性原理计算方法,从理论上分析了RB6的能带结构、光学性质等。主要研究成果如下:  1.以稀土氧化物和硼氢化钠为原料合成了单相结构的二元和赝二元稀土六硼化物RB6(R=La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu),结晶情况及分散性良好,颗粒大小从几十纳米到几百纳米不等。Ce、Sm及Eu掺杂合成的LaB6颗粒中掺杂元素替代了La的位置,而不是以单质的CeB6、SmB6及EuB6的形式存在。  2.光学性质的测量结果表明,RB6(R=La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu)二元化合物样品都在紫外区和近红外区出现了相对强的吸收,而在可见光区的吸收相对较弱。SmB6和EuB6在紫外和近红外区的吸收相比于LaB6、CeB6、PrB6及NdB6弱很多。LaB6,CeB6、PrB6及NdB6的可见光区吸收谷位置非常接近,依次有微小的红移,而SmB6和EuB6吸收谷的位置出现在相对更长的波长处。在三价LaB6里掺杂低价的Ce(三价)、Sm(混合价)以及Eu(二价)元素后,在可见光区的吸收谷发生红移,并且强度也会变小。掺杂元素的价态越低,吸收谷的红移程度越大。第一性原理计算结果表明,掺杂后可见光区吸收谷的移动与费米能绝对值的降低有关。  3.离散偶极近似法计算结果表明,对RB6(R=La、Ce),立方颗粒比球形颗粒表现出更好的近红外吸收特性。对立方颗粒,尺寸为60 nm时近红外区的吸收峰强度达到最大值,而对球形颗粒,近红外区的最强峰出现在40 nm处。以上计算结果表明小尺寸的颗粒表现出更好的近红外吸收和可见光穿透性能,并且立方颗粒的近红外吸收性能比球形颗粒好。CeB6的消光特性随波长的变化趋势与LaB6的类似。  4.加压力的第一性原理计算结果表明,LaB6在45 GPa时发生了ETT相变。声子谱计算中没有发现声子软化现象。0-35 GPa压力范围内可以用压力调控LaB6在可见光区的吸收谷的强度及位置。然而当压力增加到45 GPa的时候能量损失谱的第一个峰消失,说明此时LaB6不会展现可见光低吸收的特征。  5.对RB6(R=La、Ce、Pr、Nd、Sm及Eu)粉末样品的磁性测量结果表明:LaB6粉末样品在20 K以下显示超顺磁性。当温度低于2.3 K时,CeB6粉术变成常规的偶极反铁磁态。当温度降到6.9 K左右时PrB6粉末从顺磁态转变成反铁磁态,温度继续下降到4.2 K左右时又发生了一个相变。NdB6粉末在7.7 K时发生从顺磁态转变成反铁磁态的相变。与单晶样品不同,在3.6K时又出现了从一种反铁磁态到另一种反铁磁态的相变。SmB6粉末的磁化曲线与单晶样品的情况一样。EuB6粉末样品的居里温度为4K,与单晶样品相比有明显的下降。
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