CaB4晶体的热性质研究.doc

  CaB4 晶体的热性质研究# 韩宪越，孙雅馨，于栋利，柳忠元，田永君** （燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北 秦皇岛 066004） 5 10 15 20 25 30 35 40 摘要：应用物理性能综合测试系统(PPMS)测定了 CaB4 晶体的热熔，并以德拜和爱因斯坦复 合模型对 CaB4 晶体的热容随温度变化规律进行了表征，其 Sommerfeld 常数γ为 1.77(1) mj -1 -2 温 X 射线衍射分析可知: CaB4 在 700 °C 温度以下是稳定存在的。750 °C 时，CaB4 与 O2 发生反 应，氧化产物为 CaB2O4。CaB4 化合物在 1196 °C 完全分解成更稳定的 CaB6 相。在 25-700 °C -6 -1 -6 -1 关键词：CaB4；高温高压；热容；晶格热膨胀 中图分类号：TB303,539 Research on the thermal properties of CaB4 crystals Han Xianyue, Sun Yaxin, Yu Dongli, Liu Zhongyuan, Tian Yongjun (Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology, Yanshan University, HeBei QinHuangDao 066004) Abstract: Heat capacity of CaB4 crystals are measured by PPMS. The specific heat of CaB4 can be fitted by the Debye and Einstein combined models. Sommerfeld constant γ, Debye temperature ΘD and Einstein temperature ΘD are 4.99±0.09 mJ/mol K2, 1162 K and 268K, respectively. Basing on the results of DSC-TG and XRD under different temperature, we found that CaB4 phase is stable below 700 °C. When temperature rising to 750 °C, CaB4 phase reacts with O2 and forms CaB2O4 phase. CaB4 phase can be completely decomposed into stable CaB6 phase above 1196 °C. In the temperature range of 25-700 °C, CaB4 crystals exhibits the anisotropy of the lattice thermal expansion with the coefficients of??a = 12.7?10-6K-1 and??c = 7.56?10-6K-1. Key words: CaB4; high pressure and high temperature; specific heat; lattice thermal expansion 0 引言 在 Ca-B 二元体系中，人们一直认为仅有 CaB6 相一种稳定的化合物，直到 Schmitt 等人 采用固态反应法制备得到了 CaB4-xCx 化合物(0x5%)[1]，才意识到 Ca-B 体系中可能存在多 种亚稳相。CaB4-xCx 具有四方结构，空间群为 P4/mbm，晶格常数 a=7.0989 ?，c=4.1353 ?。 通过使用不同的原料和改变反应条件都未能得到 CaB4 化合物。Yamazaki 等人在 Al2O3 基片 上制备得到了 CaB3 薄膜[2]。CaB3 具有六方结构，晶格常数 a 和 c 值非常接近，分别为 4.088 ? 和 4.098 ?。我们采用高温高压法成功获得了纯相的 CaB4 化合物[3]，该化合物的空间群为 P4/mbm，晶格常数 a=b=7.1749 ?，c=4.1039 ?。比热是材料基本的物理参数之一，低温比 热测量是研究固体的电子能态结构、相变、界面结构、晶体的晶格振动状态等很有效的手段 之一[4-5]。热稳定性和热膨胀是衡量材料在热过程中的变化行为，对材料的实际应用具有重 要指导作用。本文采用物理性能综合测试系统(PPMS)、差热分析(DSC-TG)和动态高温 X 射 线粉晶衍射技术等对所获得的 CaB4 化合物的热性质进行详细研究。 基金