γ射线辐照对电气石微观结构特征及电性能的影响研究

作     者：陈禹衡 

作者单位：西南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：董发勤

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：电气石 种属 电性能 γ射线辐照 

摘      要：电气石具有稳定的晶体结构、独特的理化性质和较好的环境友好性,在功能材料、环境保护和医疗保健领域得到广泛应用。电气石的热释电性和压电性是最早被发现的性能,但由于电气石类质同象替代复杂,很难明确电气石矿物种类与电性能的关系,大大限制了电气石电性能的开发应用。根据电气石电性能研究现状,本文研究了采自广西桂林、河北保定和新疆阿勒泰典型电气石矿中电气石的微观结构特征,采用X射线衍射、电感耦合等离子体发射光谱、X射线单晶衍射、穆斯堡尔谱和铁电综合测试仪等手段研究了不同种属电气石成分、结构与电性能的关系。通过γ射线辐照,探讨在不同辐照总剂量的γ射线辐照作用下电气石微观结构的变化情况及其对热释电性能影响。结果如下:(1)在电气石矿物资源调研及矿物学宏观特征研究中,对比产自广西桂林、河北保定和新疆阿勒泰电气石的矿物学宏观特征,发现由于不同产地的地质环境及微量元素含量差异明显,从广西、河北和新疆三地所采集的电气石原矿在晶体大小、晶体颜色、结晶程度和晶体形态等方面差异较大。(2)电气石的成分、结构与电性能的关系研究表明,不同种属电气石的元素组成明显不同,尤其是电气石Y位置中主要元素的含量及各元素的占比存在较大差异,导致不同种属电气石的结构多面体扭曲参数和固有电偶极矩不同。(3)四种电气石的电性能关系为:T-XJ-2锂电气石T-GX铁电气石T-XJ-1镁电气石T-HB-1铁电气石。电气石中Fe/Fe 和Li的比例越高时,其内部多面体越容易发生伸缩形变;电气石中Fe/Fe 的比例越高时,其内部多面体越容易发生扭曲形变,而多面体扭曲形变更容易改变多面体结构的对称性,从而产生较大的固有电偶极矩,表现出较好的电性能。(4)γ射线辐照对电气石热释电性能的影响研究表明,电气石的电性能随γ射线辐照总剂量的增大而先增大后减小。在0-800 k Gy的γ射线辐照作用下,T-GX铁电气石中铁元素的价态和占位发生变化,Fe-Fe(Y-Z)状态的铁离子和Y占位的Fe均向Fe转化,导致电气石内部多面体结构参数变化,进而影响电气石的热释电性能。