固体核磁共振谱学揭示氧化物纳米晶的极性晶面结构

与暴露非极性晶面的纳米材料相比,暴露极性面的纳米晶通常表现出不同寻常的性质1,2。然而,极性晶面固有的偶极矩会导致表面结构出现多种变化3,这对准确理解极性晶面结构并建立构效关系带来了巨大的挑战。当前研究晶面结构主要借助的是只能观测样品很小的一部分的电子显微镜技术,且该技术考察较轻的元素(如氢和氧)较为困难,因此亟须发展新的方法研究结构复杂的极性晶面。

粉末TiO_2光催化剂暴露晶面结构

用透射式电子显微镜选区电子衍射法,直接观测粉末状TiO_2光催化剂的暴露晶面结构。从原子水平解释了锐钛矿型和金红石型,TiO_2的这两种同素异构体的光催化活性不同的原因,实验证明,锐钛矿型比金红石型光催化活性较高,其原因是前者的暴露晶面应是高的台阶密度、并且其基面结构与反应物匹配对应,作者认为,作为研究工具,SAD有较LEED的延伸和补充。

晶面腐蚀像与晶面对称及晶面结构的关系

综合分析了石英、石榴子石、橄榄石、锆石、红柱石的各不同结晶学意义的晶面腐蚀像特点,总结了晶面腐蚀像与晶面对称性及晶面结构特点之间的关系.腐蚀像不仅可以揭示晶面及晶体的对称性,还可以揭示晶面的结晶学意义,即同一晶体上的不同结晶学意义的晶面,尽管对称性相同,也具有不同的腐蚀像;不同晶体之间的具有相同对称性的晶面可能会有相同的腐蚀像;腐蚀像类似于一种宏观晶体形态,主要与晶面的对称性有关,与晶面上原子、离子排列的结构细节关系不大;同一晶体的同一晶面在不同的腐蚀剂中所得的腐蚀像也可能完全不同;有些晶面的腐蚀像可以用晶体生长形态的常见晶面与被腐蚀面的交棱来解释.该研究在揭示晶体溶解形态机理、将溶解形态与晶体生长形态对比、用溶解形态来反映晶体曾经经历的酸-碱环境等方面具有理论与实际意义.

自然金｛110｝晶面原子结构的STM研究

用扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）研究了自然金晶体｛１１０｝晶面的表面原子结构，得到了原子级分辨率的结构图象，测量的原子间距表明。

不同硅片对SBT薄膜结构与性能的影响

采用HPAgilent4294A阻抗分析仪、XRD、TEM等测试方法研究了不同电阻率硅片对Sr0.5Ba0.5TiO3(SBT)薄膜结构与性能的影响。在测试频率为1KHz时,在高阻硅片上生成的SBT薄膜的相对介电常数εr,介质损耗tanδ分别为100.54,0.060,材料的介电性能相对提高,并表现出较好的频散特性;最大εr温度点Tm(居里温度)稍微移向高温。在高阻硅片上制备的SBT薄膜易生成四方钙钛矿结构,薄膜表面无裂纹,孔洞少,比较致密,晶粒的平均粒径均为80nm,分布均匀;晶格条纹间距约为0.296nm,晶界2侧的晶粒取向是随机的。

Ni70Mn20Co5合金组织结构测试研究

本文通过对Ni70Mn20Co5触媒合金的金相组织及其相对应样品的X光衍射测试，讨论了合金的晶粒大小、晶格常数及晶面织构等对金刚石合成效果的影响，特别提出了一个晶面比织构系数Z，它的数值大小，较直观地表征着合金组织结构的变化，为以后制定触媒片产品内在质量的标准时，提供一项新的参考数据。

液/固晶面润湿性实验与模拟研究方法

液/固晶面润湿问题在钎焊、金属基复合材料液相法制备等领域都有着重要研究意义。研究发现,固体晶面结构会显著影响液/固界面润湿性。研究液体在固体特定晶面上的润湿行为,对于深入理解润湿过程及更有针对性地改善材料液/固界面润湿性具有重要意义。目前研究液/固晶面润湿性的实验测量方法主要为座滴法,然而该方法针对强弱界面结合体系的测量结果对实验条件均较敏感,且受限于特定晶面基板是否容易制备,因此仍不能在液/固晶面润湿性的研究中推广采用。微观模拟方法不仅可以建立不同晶面的固体结构,同时有效避免了实验条件的影响,故对预测实验结果具有独特的优势。用于液/固晶面润湿性研究的微观尺度模拟方法包括分子动力学、第一性原理计算以及Ab-initio分子动力学。目前分子动力学方法主要应用于强界面结合的金属/金属体系,通过模拟实际物理条件下的熔化和润湿过程,可研究润湿性、界面反应、铺展动力学以及探究温度对润湿的影响,然而有效势函数的缺乏限制了该方法在其他体系的推广,且势计算结果的准确性与可靠性严重依赖势函数的参数选择。电子尺度的第一性原理计算可探究弱界面结合体系中不同晶面取向下润湿性差异的根本原因、强界面结合体系中界面微观构型对初始润湿性的影响、反应后熔体/反应产物界面成键特点以及平衡润湿性差异,但是该方法的缺点是计算原子个数有限,需要绝对零度的模拟温度。Ab-initio分子动力学是前两种方法的结合,虽然不依赖于势函数的参数选择,但是仍受限于计算原子个数和模拟效率。本文从每种方法的基本原理、实验操作或模型构建及优缺点等三个方面,阐述了弱/强界面结合体系中液/固晶面润湿性研究进展,并对三种微观模拟方法的未来改进方向进行了展望。

金属氧化物纳米催化剂的晶面效应研究进展

纳米催化剂因尺寸效应具有优异的催化活性、选择性和稳定性,成为研究热点。在多相催化反应中,纳米催化剂不同的晶面因原子排布和密度不同,表现出不同的催化特性,即纳米催化剂的晶面效应。在纳米催化剂中,金属氧化物作为重要的催化剂和催化剂载体备受关注,通过对Ti O2、Co3O4和Ce O2金属氧化物特征晶面的表面结构进行分析,综述在特定催化反应中不同晶面催化性能和表面结构的关系以及不同晶面的表面结构在催化反应中的反应途径与机理。

1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐的晶形计算及控制

利用Materials Studio软件中Growth Morphology方法模拟计算了1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(TKX-50)的晶体形态和结晶习性,分析了主导晶面的表面结构特征;采用实验方法验证了模拟计算方法。结果表明,各稳定晶面在分子间距离、晶面电荷分布上存在很大区别。选择分子结构中具有负电子作用基团的晶体生长控制剂对其晶体形貌进行控制,可缩短快生长面和慢生长面之间生长速率的差距,减小晶体的形状系数。选择分子结构中含有富电子芳环的离子型表面活性剂为晶形控制剂,制备出了晶体形貌规整、呈多面体颗粒状、长径比明显变小的TKX-50晶体,试验结果验证了理论预测的正确性。

1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑的晶体形貌预测

为了解1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑(MTNI)晶体结构及晶体生长过程,利用分子模拟软件Materials Studio(MS)中的BFDH、Growth Morphology和Equilibrium Morphology方法预测了MTNI在真空中的晶体形貌,得到了形态学上重要的生长晶面。分析表明:(012)晶面是强极性面,(110)和(111)面为极性面,(010)面为弱极性面。在强极性溶剂中,(012)、(110)和(111)晶面生长受阻,成为显露面,而(010)面会逐渐变小,甚至消失。在弱极性溶剂中,晶面生长情况刚好相反。MTNI在乙醇、丙酮、乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、二甲基甲酰胺(DMF)、甲醇7种溶剂中的预测晶体形貌,与实验所得晶体晶形相吻合。当与乙醇、二氯甲烷、DMF作用后,MTNI的晶习为类球状,球形度分别为1.12、1.11、1.12。

RDX晶体形貌的分子模拟与预测

用BFDH(Bravais-Friedel-Donnary-Harker)和AE(Attachment Energy)模型预测了α晶形黑索今(α-RDX)的晶体形貌。结果表明,形态学上重要生长面是:(111),(020),(002),(200)和(210)面,其中(111)面是最重要的生长面。RDX晶体重要生长面结构分析表明,(210),(002),(200)和(111)是极性晶面,而(020)是非极性晶面,其中(210)晶面极性最强。根据晶面极性预测在极性溶剂中,(210)面将成为RDX晶体形态上重要生长面,(111)面的重要性降低,而(020)面将会在晶体生长过程中逐渐消失。丙酮溶剂重结晶RDX实验表明,RDX晶体形貌上最终显露的生长面是:(210),(111),(002)和(200)面,而(020)面已消失。