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研究生:林景穎
研究生(外文):Jing-Ying Lin
論文名稱:核磁共振研究三元碳化物M2AlC(M=Ti,V,Cr)
論文名稱(外文):NMR study of the ternary carbides M2AlC(M=Ti, V, Cr)
指導教授:呂欽山
指導教授(外文):Chin-Shan Lue
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:物理學系碩博士班
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:44
中文關鍵詞:奈特位移核磁共振三元碳化物M2AlC自旋晶格鬆弛時間費米能階態密度
外文關鍵詞:spin-lattice relaxation rateNMRFermi level DOSternary carbides M2AlCKnight shift
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摘要

過渡金屬碳化物,M2AlC (M= Ti, V, Cr) 具有耐高溫高壓,高導電度與高熱導率,並且具有高度的抗氧化力與容易加工的特性,因此極具應用價值。
本篇論文提供以核磁共振(NMR)的技術研究這一系列三元素碳化物的電子結構與相關特性。在Ti2AlC, V2AlC及Cr2AlC材料的27Al NMR頻譜中,四重極效應與非均向的奈特位移所造成的效應皆經過理論計算而明確的標定。
均向的奈特位移在三者之間的變化趨勢顯示出過渡元素中的d電子與鋁的p電子之間所形成超精細作用隨著d電子數增加而增強。除此之外,我們對Cr2AlC做了自旋晶格鬆弛時間的變溫量測,從77K~ 300K的實驗結果符合順磁性金屬的趨勢。同時在自旋晶格鬆弛時間的量測上,顯示出Ti2AlC與V2AlC中鋁的s電子在費米能階處所貢獻的態密度與d電子增加有密切的關連性。
Abstract

Transit-metal carbides M2AlC (M= Ti, V, Cr) have many technological applications for their high elastic modulus, damage tolerance, excellent thermal and electrical conductivity.
In this letter we investigated the electronic structure and properties of the series ternary carbides M2AlC by nuclear magnetic resonance (NMR) techniques. In 27Al NMR spectrum of these materials, anisotropic Knight shift and quadrupole effects have been identified.
The isotropic Knight shift varies from positive for Ti2AlC and V2AlC to negative for Cr2AlC, corresponding to the transfer hyperfine field of the Al-M bond increasing with the d electron count. The quadrupole frequency points to the important Al-M bonding nature. T1 measurements provide the Al-s Fermi level DOS for Ti2AlC and V2AlC correlate with the transition d electron count. In addition, the temperature dependent T1 between 300K and 77K indicated the paramagnetic feature in Cr2AlC.
目錄

摘要•••••••••••••••••••••••••••••••II
Abstract •••••••••••••••••••••••••••••••••III
致謝•••••••••••••••••••••••••••••••IV
目錄•••••••••••••••••••••••••••••••••V
表目錄 •••••••••••••••••••••••••••••••••VII
圖目錄 •••••••••••••••••••••••••••••VIII
第一章 前言 ••••••••••••••••••••••••••••••••1
第二章 核磁共振基本理論 ••••••••••••••••••••3
2-1 黎曼效應•••••••••••••••••••••3
2-2 運動方程式••••••••••••••••••••••••••••4
2-3 奈特位移•••••••••••••••••••••••••••5
2-4 電四重極效應•••••••••••••••••••••••••8
2-5 自旋晶格鬆弛時間••••••••••••••••••••••••10
第三章 樣品製備••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
3-1 實驗儀器•••••••••••••••••••••••••••••••13
3-2 樣品製作方法•••••••••••••••••••••••••••••••13
3-3 X-ray 量測•••••••••••••••••••••••••••••••••••15
第四章 核磁共振儀與實驗方法••••••••••••••••••••••18
4-1 儀器簡介 •••••••••••••••••••••••••••••••18
4-2 NMR的量測方法••••••••••••••••••••••••••20
第五章 結果與討論•••••••••••••••••••••••••••••••••24
5-1 線形與四重極效應•••••••••••••••••••••••••24
5-2 奈特位移••••••••••••••••••••••••••••••••25
5-3 T1與費米能階態密度•••••••••••••••••••33
第六章 結論••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••41
引用文獻 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••42



表目錄

表3-1 M2AlC中晶格常數的實驗值與參照值••••••••••••••17
表5-1 Ti2AlC,V2AlC,Cr2AlC的 , 及 的最佳模擬值•••27
表5-2 Ti2AlC,V2AlC,Cr2AlC中M-C與M-Al的鍵能大小•••••28
表5-3 Al原子與過渡金屬Ti、V、Cr的電子組態•••••••••••32
表5-4 Ti2AlC,V2AlC與Cr2AlC之室溫T1與 Ti2AlC,V2AlC
的Ns(EF)••••••••••••••••••••••••••••••37
表5-5 Ti2AlC,V2AlC與Cr2AlC的體積彈性係數與費米能
階••••••••••••••••••••••••38


圖目錄

圖1-1 Cr2AlC-type之晶格結構圖…………………………1
圖2-1 自旋I=3/2原子核的黎曼效應及躍遷頻率……………4
圖2-2 原子核磁矩 對外加磁場 進動…………………4
圖2-3 受擾動的原子核恢復平衡的過程……………………5
圖2-4 (a)電場梯度對黎曼效應的作用(b)EFG = 0的黎曼效應
(c)EFG ≠ 0的黎曼效應…………………………………8
圖3-1 電弧爐裝置圖………………………………………15
圖3-2 XRD patterns of M2AlC carbides…………………17
圖4-1 NMR sample probe ……………………………19
圖4-2 核磁共振機台設置圖 ……………………………20
圖4-3 (a) 反轉恢復法中,磁化強度隨時間的變化情形
(b) 反轉恢復法的波形示意圖…………………22
圖5-1 Ti2AlC,V2AlC,Cr2AlC在室溫下之27Al NMR中央躍
遷譜線……24
圖5-2 四重極效應在NMR譜線中的圖像………………26
圖5-3 Ti2AlC,V2AlC,Cr2AlC的全頻率解析圖…………29

圖5-4 Ti2AlC與V2AlC在室溫下之27Al T1恢復曲線…34
圖5-5 Cr2AlC中1/T1對溫度的關係圖…………………37
圖5-6 Ti2AlC、V2AlC、Cr2AlC的態密度分佈圖…………39
圖5-7 Ti2AlC與Cr2AlC各元素中不同軌域對態密度的分佈圖…40
引用文獻

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