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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 59-65页

作者：王艺佳吴彬彬刘静仪房雷鸣刘本琼雷力四川大学原子与分子物理研究所四川成都610065 中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621022

八氧化三铀(U_(3)O_(8))是动力学和热力学最稳定的铀氧化物。研究U_(3)O_(8)的高压相稳定性和高压声子行为对其在核工业、催化剂等领域的应用具有重要参考价值。由于铀原子([Rn]5f^(3)6d^(1)7s^(2))和氧原子([He]2s^(2)2p^(4))核外电子... 详细信息

八氧化三铀(U_(3)O_(8))是动力学和热力学最稳定的铀氧化物。研究U_(3)O_(8)的高压相稳定性和高压声子行为对其在核工业、催化剂等领域的应用具有重要参考价值。由于铀原子([Rn]5f^(3)6d^(1)7s^(2))和氧原子([He]2s^(2)2p^(4))核外电子结构存在显著差异,因此很难通过同步辐射X射线衍射技术探测高压下铀氧化合物中U-O键合的细微变化。然而拉曼光谱对高压下U-O键合变化非常敏感,它能揭示物质在高压下包括键合或者化学计量等方面的重要信息。目前对U_(3)O_(8)高压结构相变的研究通常聚焦于静水压环境,而非静水压环境对U_(3)O_(8)高压相变的影响尚未得到深入研究。该研究基于金刚石对顶砧的高压拉曼散射技术探究了静水压和非静水压环境对正交α-U_(3)O_(8)高压相变与声子行为的影响。研究表明,静水压(8.1 GPa)和非静水压(8.2 GPa)条件下α-U_(3)O_(8)高压相变起始压力很接近。但由于非静水压环境中样品内的微区偏应力较大,因此非静水压环境中U_(3)O_(8)高压相变结束压力(16.4 GPa)比静水压环境中相应压力(18.5 GPa)约低2~3个GPa。同时本文给出了两对比实验中主拉曼模的一阶压力系数与Mode-Grüneisen参数γ。对比分析可知,高压相变前静水压条件下各主模零压下的一阶压力系数绝对值|dω/d P|几乎均大于非静水压条件下的相应值,这表明相变前非静水压环境中各拉曼模对压力响应不明显;一旦高压相变开始,由于较大微区偏应力的存在极大程度增强了铀氧原子外层电子的耦合作用,故相变后非静水压下压力系数绝对值显著增大。零压下B(6)2模的γ值最小,因此对外部扰动有更积极的响应。此外室温加压时A(3)2和A(4)2模(代表沿a轴氧原子的振动)的一阶压力系数通常小于B(4)2和B(6)2模(代表bc面内氧原子的位移),这表明α-U_(3)O_(8)高压相变前a轴比b、c轴更难被压缩。该工作深入探究了静水压和非静水压环境对α-U_(3)O_(8)高压相变的影响,为了解α-U_(3)O_(8)高压相稳定性和晶格动力学行为提供了重要参考。

关键词： U_(3)O_(8) 高压拉曼光谱高压相变非静水压

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