中文摘要：

功能材料具有对环境变化敏感的化学物理特性，其光学吸收、膨胀系数、比热容、电阻率等宏观物理性质都与它们的微观结构密切相关。分析研究这些缺陷形态和浓度及其随外界环境变化的演化对于功能材料的制备工艺的改进和最终产品性能的控制都具有重要的意义。对于材料中原子尺度的缺陷，正电子湮没技术分析表征非常敏感。本项目计划从实验和理论两方面研究正电子湮没技术对功能氧化物材料中空位型缺陷的鉴别和表征，探讨功能材料中微观缺陷对宏观性质的影响，并采用相关变温正电子湮没实验装置表征材料中的缺陷演化，获取正电子湮没参数随材料中缺陷演化的动态过程，分析正电子湮没技术对各种功能氧化物材料分析和表征的共性特点。同时，完善正电子湮没相关计算程序或方法，建立一套多参数的正电子湮没计算平台，计算正电子在功能氧化物材料中湮没的各种参数，从理论上探索正电子湮没参数和材料性能的关联性。

结论摘要：

功能材料的性能和晶体学以及相关的电子结构密切相关，而其中的缺陷形态和分布在确定功能材料的性能方面起着非常关键的作用。本项目以以核物理和核技术方法为基础，利用正电子探针对功能氧化物材料中与微结构相关的电荷、轨道、晶格等前沿科学问题进行了研究。（1）过渡金属掺杂功能材料引起的室温铁磁性的磁性来源的确定。本项目采用脉冲激光沉积法制备钴掺杂氧化锌薄膜样品研究材料其磁性来源，结果表明锌空位不能作为样品磁性起源的原因，而钴的掺杂能起到关键作用。（2）D0铁磁现象中缺陷与离子之间的关联以及对磁性的影响。本项目通过C/N/O 三种轻质离子分别注入到MgO单晶，利用分布式离子注入方法进行非磁性阴离子掺杂和引入晶格缺陷，发现晶体中阳离子空位引入局域磁矩并产生铁磁耦合相互作用，证实了束缚磁极子模型可用于描述局域磁矩之间的耦合相互作用。（3）过渡金属离子掺杂功能材料改性光催化效率的机理研究。本项目采用溶胶-凝胶法制备Fe掺杂TiO2薄膜，发现慢正电子束S参数其实是体缺陷的增加和表面缺陷减少综合作用的结果。当少量的掺杂浓度（0.1%）时，体缺陷的增加明显改进了光催化活性。掺杂浓度继续增加，表面缺陷的减少将明显降低光催化活性。（4）编写了比较完善和方便的正电子湮没参数计算软件。以模拟真实材料中的正电子湮没参数为目标，采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算分析多种缺陷形态对正电子湮没参数的影响。研究了空位型缺陷电荷态对正电子湮没参数的影响，发现随着电荷价态绝对值的增大，空位型缺陷的空间构型和对应的正电子湮没寿命都有非常明显的变化。同时，分析了替代型缺陷对正电子湮没参数的影响，发现替代型缺陷是正电子的浅捕获势阱，其正电子寿命值和体寿命值非常接近，而归一化的动量商谱却有明显的差异。 这些结果从实验和理论两方面探讨了正电子湮没技术对功能氧化物材料中空位型缺陷的鉴别和表征，分析了功能材料中微观缺陷对宏观性质的影响，证明了正电子湮没对材料微观结构的敏感特性。本课题的成果对正电子湮没谱学方法和功能材料的结构演化规律的研究都具有积极的意义和影响。项目的阶段性成果有参加国内、国际学术交流8次，已发表国内、国际学术论文共10篇。