超化学计量比氧化铀晶体的研究进展
发布时间：2021-02-23 22:33
氧化铀不仅是重要的核材料,也是潜在的多功能材料。UO2晶体具有优异的半导体性能和抗辐照能力,其禁带宽度（1.3 eV）与Si（1.1 eV）相近,塞贝克系数是常用热电材料BiTe的4倍,对太阳光的全吸收使其成为高效的太阳能电池材料,在半导体、太阳能和热电等领域具有巨大的应用潜力。但是UO2随着环境变化会出现从缺氧到过氧的价态变化(UO2±x,x=–0.5～1),即超化学计量比特性,给材料制备和性能控制等方面带来很多问题。本文从相图出发,总结了各种铀氧化物的结构及其稳定性,重点聚焦UO2晶体的研究进展。理想化学计量比UO2被认为是最好的Mott绝缘体,其电导率是相对稳定的;超化学计量比氧化铀则具有半导体特性,其电导率、热导率、扩散系数以及光学性能都与x密切相关。目前, UO2晶体生长主要采用化学气相输运法（CVT）、冷坩埚法、水热法、升华法、助熔剂法等,晶体尺寸和质量还不理想,冷坩埚法和水热法被认为是最有潜力的生长技术。氧化铀单晶生长研究不仅有助于深入了解U...
【文章来源】：无机材料学报. 2020,35(11)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
1 水热法生长的UO2晶体[79]
超化学计量比UO2+x的拉曼图谱[33]
U作为天然放射性锕系元素,它有α、β和γ三种同素异形体,化学性质活泼,易被氧化成UO2。在一定条件下,进一步氧化UO2变成超化学计量比氧化铀(UO2+x)。在高温条件下还原UO2也可变为次化学计量比氧化铀(UO2–x)。在不同氧分压和温度条件下,UO2可以被氧化成U3O8、U3O7、U2O5、U4O9和UO3等含氧量更高的氧化物,U离子在氧化物中呈现+3、+4、+5和+6等不同价态。正因为存在多种铀氧化物,才构成了复杂的铀–氧体系。图1是综合多个局部相图绘制而成的U-O相图[15-17]。在UO2和UO3之间,有大量的相结构,主要包括萤石相(O/U=2～2.5)和层状结构(O/U=2.5～3)两种[18-19]。其中,UO2是面心立方萤石结构,空间群为Fm-3m,晶格参数a=b=c=0.547 nm,在室温条件下可以稳定存在,熔点为2878℃[20]。U4O9有α、β和γ三种相结构[21];U3O8主要是α和β两种相结构[22];UO3则有7种晶型结构和1个非晶相[19]。1)次氧化铀。研究表明,UO2–x能在室温至1200℃范围稳定存在,但UO2–x的化学计量比受到温度和氧分压的影响[23]。在还原气氛下冷却淬火时,UO2–x会分解为UO2和U[24]。UO2–x的氧扩散速率大于UO2,阴离子空位活化能约为(49.0±12.6) k J/mol,低于间隙缺陷的活化能,因此容易形成缺氧状态[25]。在氧化气氛和1000℃,氧进入UO2的晶格后形成了UO2+x[26]。在Ar-25%O2气氛下加热金属U,低于300℃氧化产物是UO2+x;高于300℃则生成U3O8[27]。
本文编号：3048345
【文章来源】：无机材料学报. 2020,35(11)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
1 水热法生长的UO2晶体[79]
超化学计量比UO2+x的拉曼图谱[33]
U作为天然放射性锕系元素,它有α、β和γ三种同素异形体,化学性质活泼,易被氧化成UO2。在一定条件下,进一步氧化UO2变成超化学计量比氧化铀(UO2+x)。在高温条件下还原UO2也可变为次化学计量比氧化铀(UO2–x)。在不同氧分压和温度条件下,UO2可以被氧化成U3O8、U3O7、U2O5、U4O9和UO3等含氧量更高的氧化物,U离子在氧化物中呈现+3、+4、+5和+6等不同价态。正因为存在多种铀氧化物,才构成了复杂的铀–氧体系。图1是综合多个局部相图绘制而成的U-O相图[15-17]。在UO2和UO3之间,有大量的相结构,主要包括萤石相(O/U=2～2.5)和层状结构(O/U=2.5～3)两种[18-19]。其中,UO2是面心立方萤石结构,空间群为Fm-3m,晶格参数a=b=c=0.547 nm,在室温条件下可以稳定存在,熔点为2878℃[20]。U4O9有α、β和γ三种相结构[21];U3O8主要是α和β两种相结构[22];UO3则有7种晶型结构和1个非晶相[19]。1)次氧化铀。研究表明,UO2–x能在室温至1200℃范围稳定存在,但UO2–x的化学计量比受到温度和氧分压的影响[23]。在还原气氛下冷却淬火时,UO2–x会分解为UO2和U[24]。UO2–x的氧扩散速率大于UO2,阴离子空位活化能约为(49.0±12.6) k J/mol,低于间隙缺陷的活化能,因此容易形成缺氧状态[25]。在氧化气氛和1000℃,氧进入UO2的晶格后形成了UO2+x[26]。在Ar-25%O2气氛下加热金属U,低于300℃氧化产物是UO2+x;高于300℃则生成U3O8[27]。
本文编号：3048345
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