纳米MgO微晶的微观特性实验探究

赵国俭

（东北大学，辽宁 沈阳 110004）

研究晶粒的微结构及红外光学性质对开发新的纳米材料[1]及其实用化有重要作用，随着微电子器件的迅猛发展，材料科学研究的总趋势向精细、轻、薄、短、小、微型、多功能方向发展，而纳米材料所表现出的特异化学、机械、电子、磁学及光学性能正好可以满足这一趋势。纳米MgO是一种新型高功能精细无机材料。由于其结构的特殊性，决定了它具有不同于本体的电学、磁学、热学及光学性能[2]。纳米粒子所共有的表面效应、量子尺寸效应、体积效应、宏观量子隧道效应使纳米MgO具有一系列普通MgO所不具备的性质，从而开辟了一系列新的应用领域。

1 实验过程

1.1 实验条件

所用样品是现有的含有一定杂质的纳米MgO样品。对纳米MgO样品的红外吸收特性测试是在PerkinElmer precisely型单光路傅利叶红外光谱仪上进行，采用KBr压片技术进行红外透射测量。扫描范围为350～4 000cm-1，测试精度为1.0cm1。

用X′Pert PRO型号的X射线衍射仪对MgO样品进行XRD分析。X射线衍射波长为0.154nm，管电压40kV，管电流40mA，选用Cu－Kα辐射。仪器宽化0.05。

1.2 实验结果

MgO样品的红外吸收光谱以及XRD图（用计算机处理实验数据，得到2θ与衍射强度的关系）分别见图1和图2

图1 MgO样品的红外吸收光谱

图2 MgO样品的XRD图

2 实验结果分析

观察样品的红外光谱图，可以发现样品中含有一定量 Mg（OH）2，对应峰位为1 499cm-1和1 484cm-1处。其原因可能是样品保存过程中吸收了空气中的水分，发生化学反应生成的Mg（OH）2。另外从中还看到了 H2O和CO2振动的特征吸收峰；光谱图中存在微弱吸收峰说明样品中还含有一定量杂质成分。

通过X射线衍射分析和红外吸收特性测试，发现MgO样品为纳米级别，并在中红外区1 000～400cm-1波段有较强吸收，分析低波数段的红外吸收光谱图（图3）可以发现在416cm-1处有一个主吸收峰，为Mg－O键振动的主要特征吸收峰。另外在507cm-1和383cm-1处也有较弱吸收峰。

图3 MgO样品的红外吸收光谱

用X射线衍射仪对氧化镁样品进行XRD分析发现，样品中确实含有一定量的Mg（OH）2，同时也含有少量其它杂质。测得样品为立方晶型（cubic），空间群（space group）属于Fm－3m。

依据点阵几何学的有关知识和公式以及利用XRD数据，根据衍射峰峰宽和谱线展宽公式D＝0.89λ／Bcosθ计算出样品的平均晶粒度，结果如表1所示。

表1 MgO样品的晶面间距和晶格常数

通过与文献[3]中数据对比发现，实验中测得MgO样品的红外吸收峰与其有一定差距，波数偏小。可能存在以下几方面原因：1制备方法的不同；2仪器设备，测量过程的不一致；3样品中杂质对吸收峰的影响；4相邻原子或其它基团通过电子效应、空间效应等影响化学键，从而使其振动频率发生位移。

[1]王大志.纳米材料结构特征[J].功能材料，1993，24（4）：303.

[2]钟庆东，李永光，卓顺智，等.纳米氧化物材料研究的现状及进展[J].上海电力学院学报，2003，19（1）.

[3]叶锡生，沙健，焦正宽，等.纳米 MgO微晶的晶格畸变和反常红外特性[J].功能材料，1998，29（3）：288.