钐、钒、钛复合氧化物制备、结构、电学、光学性质研究

本论文研究了 SmVO_3、SmVO_4、Sm_2TiO_5、Sm_2Ti_2O_7、Sm_3Ti_2O_7复合氧化物的制备、结构、电学性质和光学性质。其中Sm_3Ti_2O_7是一种新型的，含有低价钐的复合氧化物。White等人曾试图利用金属钛还原Sm~(3+)为Sm~(2+)，制备含有低价钐的钛的复合氧化物，但他们没有成功。我们考虑到钐的还原性比钛强，利用金属钐还原Ti~(4+)为Ti~(3+)，制得了Sm_3Ti_2O_7。其反应式为：Sm_2O_3 + Sm + 2TiO_2 → Sm_3Ti_2O_7 (1) 利用X-ray衍射结构分析确定了它的结构为单斜晶系。其晶胞常数为a_0＝3.968A，b_0＝3.907A，c_0＝20.456A，β_0＝89.20。从反应式（1）可以看出，钐可以还原四价钛，又可还原三价钐，都能得到Sm_3Ti_2O_7复合氧化物。但钐和钛的价态不同，前者为Sm~（2+）Sm_2~（3+）Ti_2~（3+）O_7，后者为Sm_3~（2+）Ti_2~（4+）O_7。在结构上Sm_3Ti_2O_7与Eu_3~（2+）Ti_2~（4+）O_7不同，电学性质上，四价钛的复合氧化物有很高的电阻率，而三价钛的复合氧化物有较小电阻率的事实，及从光学性质测量存在Ti~(3+)的吸收，说明Sm_3Ti_2O_7是含有低价钐、钛的复合氧化物，其化学式为Sm~（2+）Sm_2~（3+）Ti_2~（3+）O_7。为了研究Sm-V-O、Sm-Ti-O复合物的输运性质，我们测量了它们的电阻率、禁带宽度、温差电动势率及从电阻对温度的依赖关系求出了它们的导电激活能。其中部分的实验结果在文献上未有报导。从实验结果来看，含有低价钒或钛的复合氧化物都有较小的电阻率，其值低于10~2Ω·cm，导电激活能在0.3ev以下；稳定价态的钡或钛复合氧化物有较大的电阻率，其值高于10~6 Ω·cm，导电激活能为2－2.5ev，禁带宽度在3.8ev附近。导电类型的测量表明它们都是p型半异体。对于Sm-V-O、Sm-Ti-O复合物的输运性质的研究，文献上仅仅对简单的钙钛矿结构的复合氧化物做了讨论，而对其它结构的复合氧化物则报导很少。因此我们从过渡元素的价态及配位体的结构、稀土钐的间接影响出发，并结合光学性质讨论了钐、钒、钛复合氧化物的输运过程。我们测量了SmVO_3、Sm_3Ti_2o_7薄膜的吸收光谱和SmVO_4、Sm_2TiO_5、Sm_2Ti_2O_7的粉末反射光谱。为了解释Sm_2TiO_5、Sm_2Ti_2O_7的反射光谱性质，利用EHMO方法，计算了TiO_5~(-6)、TiO_6~(-8)的分子轨道的能量。实验结果与计算值符合较好。