论文部分内容阅读
红外光谱法在研究金属氧化物纳米材料的红外吸收特性中的应用十分广泛，但目前，纳米氧化物材料红外光谱的变化规律的研究尚处于探索阶段。对纳米氧化镁有人观察到其红外吸收频率蓝移和红移并存的现象，有人只观察到红移和吸收峰的宽化现象，有人观察到红移和吸收峰的窄化现象，其中有不少似乎矛盾之处。而对纳米氧化钙和氧化锶这方面研究更少。为了彻底解释关于频移所观察到的似乎矛盾的现象，并且揭示纳米二族金属氧化物红外光谱频移的一般规律，本论文采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法的MaterialsStudio的CASTEP软件，分别对纳米氧化镁、纳米氧化钙及纳米氧化锶三种纳米金属氧化物材料的红外光谱进行了DFT(Density Functional Theory)研究。 本论文理论研究的第一部分是利用CASTEP软件对不同晶格常数下的纳米氧化镁红外光谱进行DFT模拟计算，根据所得结果讨论发现在纳米氧化镁中存在一些特征晶格常数和特征晶粒度。红外光谱发生明显频移的点总是出现在特征晶格常数处，且特征晶格常数均处于随着晶粒度减小晶格常数发生陡变的区域范围内，其对应的晶粒度范围为70～110nm（特征晶粒度范围）。其谱峰的频移并不是单调变化的，而是在一定的晶格常数范围内红移，在一定的晶格常数范围内蓝移，具体实验中出现红外光谱的蓝移还是红移就取决于该实验中所研究的样品的晶格常数所处的范围。此外，纳米氧化镁振动模式的简并和分裂是影响其吸收峰宽化或是窄化的一个因素。 本论文理论研究的另一部分是利用CASTEP软件对不同晶格常数下的纳米氧化钙和氧化锶红外光谱进行DFT模拟计算，从而分别得出晶格常数同红外光谱频移的一般规律:通过对计算结果的细致分析，发现氧化钙存在着临界晶格常数，为a=0.4812nrn。当a＜0.4812nm时，几乎所有振动频率都会发生明显的蓝移;当a＞0.4812nm时，几乎所有振动频率都会发生明显的红移;而纳米氧化锶红外光谱谱峰随着晶格常数的增加普遍发生红移;比较纳米二族金属氧化物，我们发现随着原子量的增加，其红外光谱谱峰变化规律愈发简单，由红移和蓝移并存到只存在红移。