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附件
2
：
论文中英文摘要格式
作者姓名：
陈骏
论文题目
：
钛酸铅基化合物晶体结构及其负热膨胀性
作者简介
：
陈骏，
男，
1979
年
8
月出生；
2001
年
9
月在北京科技大学攻读冶
金物理化学硕士学位，
2
003
年
9
月提前攻读博士学位，一直
师从北京科技大学邢
献然教授，
2007
年
3
月获博士学位；
2007
年
4
月留在北京科技大学物理化学系，
加入邢献然教授长江学者学术梯队从事教学科研工作；
2008
年得到德国洪堡博士
后研究基金资助，
在
TU-Darmstadt
继续开展钛酸铅基化合物相结构等方面的
研究。
读博士及其后的一年期间内，
在国际著名期刊上发表第一
作者论文
12
篇、
第二作
者论文
5
篇，作为主要研究人员获教育部科技奖励（
自然科学奖）一等奖
1
项、
授权专利<
/p>
2
项；
2008
年获得北京市首届优秀博士论文称号。
中
文
摘
要
钛酸铅（
PbTiO
3
）是一种重要的钙钛矿结构的铁电体，在介电、压
电、铁电、热释电等
方面具有重要的研究与应用价值；同时，它在室温至居里温度范围内
还表现出奇特的热缩冷
胀行为，即负热膨胀性（
NTE
）
，这种负热膨胀行为是其它钙钛矿结构化合物所不具有的，如
CaTiO
3
、
BaT
iO
3
、
KNbO
3
、
BiFeO
3
等。研究
PbTiO
3
的负热
膨胀性将有利于开发出负热膨胀性
可控以及零膨胀材料，拓展负热膨胀材料在实际中的应
用，
PbTiO
3
负热膨胀机理的研究
可指
导新型负热膨胀材料的开发。本论文主要以钙钛矿结构的铁电化合物
Pb
1-
x
A
x
Ti
1-
y
B
y
O
3
（
A
＝
La
、
Sr
、
Cd
、
Bi
、
（
La
1/2
K
1/2
< br>）等；
B
＝
Fe
、
Zn
等不同价态金属原子）为中心，研究
A
位与
B
位替代对其负热
膨胀性、晶体结构、点阵动力学的影响，实现负热膨胀性能可控，开发零膨
胀材料，并研
究
PbTiO
3
负热膨胀机理。
本文研究了
Pb
1
-
x
A
x
Ti
O
3
（
A
＝<
/p>
La
、
Sr
、<
/p>
（
La
1/2
K
1/2
）
、
C
d
）体系的固溶体特性、晶体结构以
及负热膨胀性能受掺杂的影
响。
La
、
Sr
、
（
La
1/2
K
1/2
）的掺杂都使
PbTiO
3
的轴比（
c
/
a
）及居里
温度
（
T
C
）
不同程度地线性下降，
La
的掺杂大幅度地降低了
PbTiO
3
的负热膨胀性能，
在
0.15
≤
x
La
≤
0.20
范围内，
Pb
1-
x
La
x
TiO
3
表现出零膨胀性能。
PbTiO
3
-CdTiO
3
体系中，
Cd
的
A
位
替代不仅提高了
PbTiO
3
的轴比（
c
/
a
）
，而且增强了其负热膨胀效应，这是目前所发
现的唯一
能使
PbTiO
3
负热膨胀性得到增强的
A
位掺杂体系。
Pb
1-
x
La
x
TiO
3
晶体结构研
究发现，
La
的掺
杂使四方相点阵晶格
中
Pb/La
与
Ti
< br>原子的自发极化位移（
c
轴方向）非线性降低，然而位移
比值（
?
Pb/La
< br>/
?
Ti
）呈线性降低趋势，氧
八面体具有刚性特征不受
La
掺杂的影响；
Pb
1-
x
Cd
< br>x
TiO
3
体系
X
射线与中子衍射联合晶体结构研究发现，
Pb
1-
x
Cd
x
TiO
3
体现反常的晶体结构特征，虽
然轴比（
c
/
a
）增加，但是
Pb/Cd
与
Ti
原子自发极化位移反常下降，从而导致居里温度的略微
降低。
在目前已知的
A
与
B
位复合替代
PbT
iO
3
基化合物当中，
(1-
x
)PbTiO
3
-<
/p>
x
BiFeO
3
固溶体中，
BiFeO
3
的加入使
PbTiO
3
的晶体结构反常变化，轴比、
居里温度以及负热膨胀性能同时增加，
当
BiFeO
3
含量为
x
＝
0.6
时，在很宽的温度范围内（
25
～
650
℃）具有强烈的负热膨胀性，平
均体热膨胀系数为
?
V
＝
-3.92
?
10
< br>-5
℃
-1
，高于
Sleight
在
1998
年报道的具有最强负热膨胀性能
的氧化物
AlPO
4
-17
（
?
V
＝
-3.50
?
10
-5
℃
-1
）
。中子衍射全谱拟合研究发现，当
x
＝
0.3
时，
Ti<
/p>
与
Fe
并不随机占据同一位臵（
1b
）
，而是在
c
轴方向上发生劈裂，
Ti
更靠近氧八面体中
心；然
而随着
BiFeO
3
含量的增加到接近准同型相边界
x
＝
0.6
时，
Ti
与
Fe
随机分布于同一位臵。价
键模型计算的各原
子价态进一步支持了该晶体结构的合理性。
(1-
x
)PbTiO
3
-
x
BiFeO
3
体系具有
高的自发极化，在压电、铁电等方面具有潜在的应用价值。
本文成功地在单一相
PbTiO
3
-
(Bi,La)FeO
3
化合物中实现了负热膨胀性能控制，平
均体热
膨胀系数范围
-0.52
～
-4.65
?
10
-5
℃
-1
，已经覆盖了目前已报道的
所有具有负热膨胀性能的氧化
物范围，并且该化合物具有负热膨胀性温度范围宽、合成容
易、高温稳定等特点。在零膨胀
材
料
设
计
方
面
，
本
文
研
究
出
一
种
温
度
范
围
宽
< br>（
-140
～
700
℃
）
的
零
膨
胀
均
相
材
料
（
0.6PbTiO
3
-0.1BiFeO
3
-0.3Bi(Zn
1/2
Ti
1/
2
)O
3
）
，
发现局部原子的无序分布是产生低膨胀以及实现
零膨胀的重要手段，为今后的零膨胀材料
设计提供了一种有效途径。
Raman
光谱晶格动力学以及晶体结构精细修正研究表明，
纵光学模与横光学模
（
LO-TO
）
的劈裂程度以
及
Pb-O2
键距与负热膨胀行为具有高度的一致变化特性，表
明
Pb-O
电子轨道
杂化不仅是
PbTiO
3
铁电性的起源，而且对负热膨胀
性起着重要的作用，为目前研究负热膨胀
材料提出一种新的机理。
关键词：
负热膨胀性，晶体结构
，钛酸铅基化合物，
Rietveld
方法，点阵动力学
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