二氧化钛高压相变的研究进展

王世霞，王 腾

(上海理工大学理学院，上海 200093)

1 前 言

二氧化钛是一种重要的半导体材料，由于其在储能，光催化剂，气体传感器，生物技术等方面的良好性能而有着广泛应用[1-5]。在自然界中，二氧化钛有：锐钛矿[6-7]，金红石[8]和板钛矿[9]三种晶型，其中板钛矿型二氧化钛晶型稳定性较差，易转化为稳定的金红石晶型和锐钛矿晶型，因此研究较少；金红石型二氧化钛是制备钛白粉的原料[10]，同时在搪瓷和高档焊条中也有重要应用；锐钛矿型二氧化钛有着特殊的晶体结构和面结构，具有优异的光催化性能，是光催化剂的重要原料。

纳米材料有着独特的物理化学性质，具有尺寸小，比表面积大等特性。当材料的颗粒尺寸达到纳米级时，比表面积的增加会导致出现新的物理化学性能，包括异常的压力响应，其中二氧化钛纳米材料的压力响应最为丰富。近年来二氧化钛的高压相变研究表明，大多数二氧化钛纳米粒子随粒径减小相变压力增强；超细的(＜12 nm)锐钛矿型二氧化钛纳米粒子会在高压诱导下发生非晶化或多晶化；金红石型和锐钛矿型在高压下有不同的相变压力和相变过程。锐钛矿型二氧化钛在一定压力下首先会转变为α-PbO2结构，在更高的压力下转变为斜锆石结构(单斜P21/c)[11]，并且能在70 GPa的准静水压下保持稳定存在[12]。而金红石晶型在一定压力条件下首先转变为斜锆石相，随着压力升高逐渐转变为α-PbO2结构。泄压后，锐钛矿和金红石也存在着不同的相变过程。……