极端条件下后钙钛矿的结构稳定性研究
批准号:
41072027
项目类别:
面上项目
资助金额:
48.0 万元
负责人:
巫翔
依托单位:
学科分类:
D0203.矿物学(含矿物物理学)
结题年份:
2013
批准年份:
2010
项目状态:
已结题
项目参与者:
秦善、顾婷婷、张倩、杨晶
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中文摘要
(Mg,Fe)SiO3后钙钛矿的发现为解释下地幔D"层的异常现象(地震波速的不连续、超低速带的存在、高的泊松系数和地幔热柱等)提供了最新的高压矿物学依据。在实验中超过百万大气压的压力标定存在10-20 GPa的不确定性,使得Fe对于MgSiO3钙钛矿到后钙钛矿的相变边界的影响一直存在争议。本项目采用实验和理论相结合的研究方法,对含铁的红钛锰矿(Mn,Fe)TiO3和方铁锰矿(Mn,Fe)2O3开展极端条件下化合物的结构稳定性研究,以期在较低的压力下获得后钙钛矿相,从而系统地分析铁对钙钛矿到后钙钛矿相变压力值的影响、铁的自旋变化行为、以及可能的后后钙钛矿相。进而,类推出(Mg, Fe)SiO3性质并加以模拟计算和讨论分析,为更深入了解核幔边界物质组成及其状态提供矿物物理学的依据。同时对后钙钛矿家族成员的晶体结构化学进行归纳和总结,扩展极端条件下后钙钛矿结构稳定性研究的广度和深度。
英文摘要
(Mg,Fe)SiO3后钙钛矿的发现为解释下地幔D”层的异常现象提供了新的高压矿物学依据。本项目采用不同的合成方法,得到了几种(Mg,Fe)SiO3钙钛矿的类似化合物,如利用多面顶大压机在10 GPa和1100 C条件下,合成了CaGeO3钙钛矿;采用金刚石压腔技术,在压力大于20 GPa条件下,获得了(Fe,Mn)TiO3钙钛矿;采用高温烧结的方法获得了(Ca,Sr)TiO3和Sr2Fe2O5钙钛矿等。在研究中采用同步辐射X射线衍射、拉曼光谱、结合第一性原理计算,对这些钙钛矿进行了高压结构的眼,获得了钙钛矿—后钙钛矿相变、新的结构相、及其它们的物性,如弹性系数、波数、电磁学等。取得了如下3点重要的成果:1)在40 GPa和2000 K条件下获得了CaGeO3钙钛矿—后钙钛矿的相变,伴随剪切波束的+4.0%增加,这对下地幔D”层的特性有着指示意义;2)发现尖晶石Fe2TiO4在高温高压下经历了两次分解,即在25 GPa和2000 K时分解为FeTiO3钙钛矿和FeO方铁矿,在59 GPa和2000 K,FeTiO3进一步分解为FeO和FeTi3O7;3)通过理论计算,预测出一种比后钙钛矿更致密的结构(Os2Al3-type, I4/mmm and Z=2),具有9配位。对后钙钛矿家族成员的晶体结构化学进行归纳和总结,扩展极端条件下后钙钛矿结构稳定性研究的广度和深度,为更深入了解核幔边界物质组成及其状态提供矿物物理学的依据。此外,依托本项目的研究,在北京同步辐射实验室发展了毛细管聚焦的X射线高压吸收谱的测试方法,有效地抑制了金刚石衍射峰的影响,能获得良好的高压扩展边数据,非常有利于解析高压下吸收原子的局域结构信息。本项目已经发表学术论文13篇,全部被SCI收录;还有3篇正在准备中。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Structural and elastic properties of CaGeO3 perovskite at high pressures
CaGeO3钙钛矿在高压下的结构和弹性性能
DOI:10.1016/j.pepi.2011.08.007
发表时间:2011-12
期刊:Physics of Earth and Planetary Interiors
影响因子:--
作者:Wu Xiang;Qin Shan;Gu Ting Ting;Yang Jing;Manthilake Geeth
通讯作者:Manthilake Geeth
DOI:10.1029/2011gl049158
发表时间:2011-10
期刊:Geophysical Research Letters
影响因子:5.2
作者:Xiang Wu;M. Mookherjee;T. Gu;S. Qin
通讯作者:Xiang Wu;M. Mookherjee;T. Gu;S. Qin
Pressure-induced phase transition of Fe2TiO4: X-ray diffraction and Mössbauer spectroscopy
Fe2TiO4 的压力诱导相变:X 射线衍射和穆斯堡尔谱
DOI:10.1016/j.jssc.2011.10.045
发表时间:2012
期刊:Journal of Solid State Chemistry
影响因子:3.3
作者:Ye Wu;Xiang Wu;S. Qin
通讯作者:S. Qin
DOI:10.1007/s00269-011-0436-1
发表时间:2011-05
期刊:Physics and Chemistry of Minerals
影响因子:1.4
作者:Zhai Shuangmeng;Xue Weihong;Lin Chung-Cherng;Wu Xiang;Ito Eiji
通讯作者:Ito Eiji
First-principles investigation on high-pressure structural evolution of MnTiO3
MnTiO3高压结构演化的第一性原理研究
DOI:10.1016/j.ssc.2012.03.014
发表时间:2012-06
期刊:Solid State Communications
影响因子:2.1
作者:Zhu, Feng;Zhu, Feng;Wu, Xiang;Wu, Xiang;Qin, Shan;Qin, Shan
通讯作者:Qin, Shan
极端条件下研究铁元素在下地幔物质中的状态
- 批准号:U1232204
- 项目类别:联合基金项目
- 资助金额:280.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:巫翔
- 依托单位:
(V1-x,Tix)2O3 (0.0≤x≤1.0)体系新型结构与物性研究
- 批准号:11079009
- 项目类别:联合基金项目
- 资助金额:44.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:巫翔
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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