科研方向

对物质施以一定的压力(压强)可以有效地改变其分子、原子间距,使用这一方法来 研究物质的性质称为高压下的物性研究。迄今为止,人类的社会活动大多局限于地 球表面几千米的范围,相对6370千米尺度的地球我们所知甚少。高压手段的使用拓 展了科学研究的空间弥补了人类自身受活动空间局限的不足。

我们现阶段的研究方法主要是通过光学手段来研究高压下物质的物理性质,其它方 法象电学、磁学、声学等正在筹备之中。光学检测是用金刚石对顶砧( Diamond Anvil Cell )压机配合一定的光谱仪如荧光谱仪、拉曼谱仪、红外及X射线谱仪等 研究物质在高压下的性质。目前的主要研究方向在有机分子晶体和有机发光材料方 面,已经测试了如PPV,苄连氮,二苯甲酮,偶氮液晶等样品在高压下的荧光光谱 和拉曼光谱。

荧光光谱:物质在外部激发光源的照射下会从基太跃迁到激发态,经过驰豫再跃迁 到基态并伴随着光子出射,出射光子的能量和强度的分布称为荧光光谱,它反映了 物质内部的电子态以及能带的结构。拉曼光谱:分子因吸收光子而使得其电子跃迁 到高的量子态,这个新的量子态是不稳定的。当电子从高的量子态降至基态并将能 量以光的形式发射出去时 ,它有时不会回到原来的振动态或转动态。换言之,分 子以振动或转动的形式吸收(或释放)了一部分能量,这一能量与拉曼光谱相对 应。所以拉曼光谱反映了分子的振动和转动的能级结构。

物质在高压下可以被有效地压缩。为了抵御这种压力,分子、原子间的构型将发生 改变以便达到新的力学平衡或者说吉布斯自由能达到最小。在达到一定的压力时物 质的结构会发生完全的变化,形成新的物质形态,称之为相变。例如水变成冰,碳 变成石墨或金刚石。大多数的压力相变会随着压力的撤销物质将回复其原来的形 态,有些相变后随着压力的撤销却不回到原来的形态,称为具有亚稳态。借此可以 发现或制备一些在常压下没有的或无法制备的物质。

早期从事高压研究的大多是在地矿、天体以及爆炸等有关的领域,对有机物特别是 人造化合物的关注较少。有机类分子相对无机类分子往往分子量更大结构也更为复 杂,对于复杂的分子体系量子力学方程是解不出来的,很大程度上需要依赖试验手 段来取得相关的数据。有机分子在高压下的结构会发生变化,从一种晶相变为另外 一种晶相,这种结构的相变往往伴随着电荷的转移,有可能出现一种超导相。有机 分子在高压下不仅象无机分子一样会发生结构相变,而且在高压下分子间的相互作 用力和分之内的相互作用力相当,以至于小的分子晶体的有些分子键会断开使分子 发生重组也就是聚合。这种由重组而得到的聚合物往往是普通化学方法难以合成 的,它们具有一些鲜为人知的性质,由于目前用超高压方法得到的样品的数量太 少,要完全弄清它们的性质有待于进一步的研究。另外,一些在常压下没有荧光或 荧光非常弱的有机分子晶体会在高压下发出较强的荧光,这种荧光并不随着施加压 力撤销而消失,其光谱谱型还会随着压力的减小而变化。目前对这种荧光的产生及 光谱的变化机制还缺乏令人满意的解释。综上所述,我们对有机分子晶体和有机发 光材料的兴趣所在是期望发现这些物质在高压下有一些不同以往的新的物理现象和 物理规律。

实验结果:已测试了一些样品的高压荧光光谱及高压Raman光谱(PPV、苄连氮、二 苯甲酮、偶氮液晶等)。