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研究生: 陳東閔
論文名稱: 二硫酸氫三銨、二金西酸氫三銨晶體結構相變與晶體物性探討
指導教授: 陳瑞虹
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 物理學系
Department of Physics
畢業學年度: 84
語文別: 中文
論文頁數: 188
中文關鍵詞: 二硫酸氫三銨二金西酸氫
論文種類: 學術論文
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  • 含氫鍵,化學式為X3H(YO4)2型式的離子晶體(X=NH4, K,Rb, Cs, Na; H=H, D; Y=S, Se),在低溫及高於室溫時,出現一連串有趣的結構相變,這些結構相變常伴隨著物理、化學性質的改變。在高於室溫時,晶體由離子晶體進入超離子(superionic) 狀態,具有低活化能及高的導電率,高溫相為三角晶系。在室溫時,常常是鐵彈 (ferroelastic) 區域的生長雙晶。晶域、晶域問的對稱操作,是高溫相過渡到室溫相所消失的對稱操作。在低於室溫時,也發生了結構相變,有些晶體屬於鐵電性 (ferroelectric) 相變,有些晶體屬於反鐵電性 (anti-ferroelectric)相變。本文研究 (NH4)3H(SO4)2、(NH4)3H(Se04)2 晶體(以下簡稱 TAHS-TAHSe)的結構相變及物理性質的探討,並比較其它X3H(YO4)2同型晶體的行為,內容包含以下幾個部分:
    1. 利用偏光顯微鏡配合控溫設備,觀察 TAHS-TAHSe 晶體的外形及光學性質,隨著溫度的變化。分析 TAHS-TAHSe晶體雙晶樣品的鐵彈區域邊界、晶軸方向的關係。我們從conoscopic image 的特性及 X-ray 繞射的結果,知道 TAHS、TAHSe晶體,在高溫相具有三對稱的性質。
    2. 利用低溫 (-110℃) X-ray 繞射的數據收集,解出 TAHS 晶體在第Ⅲ相的結構 ,空間群為P2/n,a=15.599(5),b=5.818(3),c=10.055(3)A,β=101.55(5)°,Z=4。我們還探討 TAHS 晶體Ⅱ-Ⅲ相變的結構變化:TAHS 晶體從室溫的 A2/a,因為原點的反逆(inversion) 對稱及 A 面心 (A-center) 的消失,在 -8℃ 經二階相變,過渡到 P2/n。實驗結果確認相變的發生,是由於 SO4 原子群方位的重排,NH4+ 四面體方位的重排以及氫原子從無序的位置變成較有序的位置。
    3. 利用 TAHS-TAHSe 晶體的高溫相 (initial phase) 及室溫相 (ferroelastic phase) 的晶格常數 ,計算其自發應變張量(spontaneous strain tensor),並利用鐵彈區域的 strain-compatibility condition,計算其邊界方程式。TAHSe 晶體除了有和 TAHS 晶體一樣的邊界W、W'外,還多了Wn、Wt兩種邊界。我們還對 TAHSe 晶體雙晶樣品,進行外加應力於晶體上的實驗,觀察分析其鐵彈區域的轉移。
    4. 量測 TAHS-TAHSe 晶體 ,在外加電場頻率範圍100~5MHz,隨著溫度變化的複數阻抗。從阻抗數據資料中,我們可以求得導電率與溫度、頻率變化的關係,進而求得其活化能 (activation energy),弛豫時間 (relaxation timne)。同時,我們也可求得介電常數與溫度、頻率變化的關係,進而了解各相內晶體的介電性質。我們還探討超離子相的晶體結構,與導電載子 (carrier) 的導電機制。由於O(2)從室溫中的有序 (order) 狀態轉變成高溫相的非序 (disorder) 狀態特性,因而使得高溫相具有高導電率的超離子特性,且沿著c*軸方向的導電率,小於沿著(001)面方向的導電率。

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