Zn_(1-x)Co_xO稀磁半导体的XAFS研究

利用XAFS技术研究溶胶-凝胶法制备的Zn1-xCoxO稀磁半导体材料结构随Co含量(x)的变化.结果表明在低含量的Co掺杂ZnO(x=0.02,0.05)时Co2 离子完全进入ZnO晶格中,替代了Zn2 离子,并且造成了Co2 离子周围局域结构的膨胀.当Co的含量x增加到0.10或更高时,只有一部分的Co2 离子进入晶格,剩余的Co2 和Co3 析出晶格形成Co3O4相.     

Zn1-xCoxO稀磁半导体的XAFS研究

利用XAFS技术研究溶胶-凝胶法制备的Zn（1-x）CoxO稀磁半导体材料结构随Co含量（x）的变化．结果表明在低含量的Co掺杂ZnO（x=0．02，0．05）时Co^2＋离子完全进入ZnO晶格中，替代了Zn^2＋离子，并且造成了Co^2＋离子周围局域结构的膨胀．当Co的含量x增加到0．10或更高时，只有一部分的Co^2＋离子进入晶格，剩余的Co^2＋和Co^3＋析出晶格形成Co3O4相．     

Li掺杂ZnO的XRD微结构和磁性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同Li摩尔配比含量的Zn1-xLixO室温铁磁性半导体,用XRD研究了Li含量和烧结温度对其微结构的影响,用VSM研究了Li晶格占位对其磁性能的影响。结果表明：当x小于等于0.02时,Zn1-xLixO为单一的纤锌矿六方结构ZnO,未发现杂质第二相,晶格常数减小,Li 以替位的形式进入ZnO晶格。当x达到0.08时,晶格常数开始增加,Li 从替位形式向间隙形式转换而进入ZnO晶格。当烧结温度从350℃升到450℃时,晶格常数减小,结晶性能提高,当x达到0.08时出现杂质第二相Li2CO3。Li 晶格占位对其磁性能具有重要影响。     

Co掺杂ZnO薄膜退火前后的磁性研究

室温下采用磁控溅射的方法在Al2O3(0001)基片上制备了不同Co含量掺杂的ZnO稀磁半导体薄膜Zn1-xCoxO(x=3%,6%,8%),并进行了500℃的后期真空退火处理.采用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)和振动样品磁强计(VSM)研究了薄膜的结构、光学和磁学性能.结果表明,磁控溅射制备的ZnCoO薄膜中,Co2+离子占据了ZnO中Zn2+离子的位置,但没有改变ZnO的纤锌矿晶体结构,也没有第二杂质相的出现.退火前后薄膜均显示室温铁磁性且磁性大小随Co含量的变化呈相反趋势.磁性大小与晶面间距有一定的关系,分析后认为磁性机制符合束缚磁极子(BMP)模型.     

Zn_(1-x)Co_xO的结构与光吸收对比研究

采用共沉淀法制备草酸盐前躯体,前躯体低温分解制备系列Zn1-xCoxO样品.利用X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱以及吸收光谱对样品的结构、表面形貌、Co离子所处的价态以及光学性能进行了表征和测试.研究结果表明:所有样品都呈无规则颗粒状,样品平均粒径随Co掺杂量的增加而变小;Co离子处于+2价态,在取代Zn位;样品的结构与光学特性存在一定联系,掺Co后晶粒尺寸明显的减少与Urbach能明显的增加有关,随Co含量x的增加晶格参数增大、Co2+的d-d吸收强度增加而带隙变窄,当Co的含量x>0.03时晶胞参数转而变小、d-d吸收强度增加缓慢.通过结构与吸收的比较分析,认为掺Co样品的晶格相对于纯的ZnO膨胀可能是由于Co2+的等电子杂质效应引起晶格扭曲使晶体的无序度及缺陷密度增大造成的,x>0.03时一部分Co2+离开其四配体位产生聚集可能是造成晶胞参数下跌、d-d吸收强度变化缓慢的原因.     

Co掺杂对Zn1-xCoxO稀磁半导体光学性质的影响

溶胶-凝胶法制备了Co掺杂的ZnO基稀磁半导体,研究其粉体和薄膜的结构和光学特性.X射线衍射结果表明Co2 随机替代Zn2 位置进入ZnO晶格,并引起晶格常数的变化.紫外-可见透射光谱表明样品的禁带宽度随着Co掺杂浓度的增大呈现非单调变化规律,低浓度掺杂样品的光学带隙随掺杂浓度增大而减小(红移),这是由于Co2 替代Zn2 ,局域d电子与能带电子之间的sp-d交换耦合引起的.     

Co掺杂对ZnO纳米棒阵列的结构和性质的影响

通过70℃水热反应制备高密度排列的Zn1-xCoxO(x=0.05,0.10和0.15,统记为ZnCoO)纳米棒阵列,用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)和光致发光光谱(PL)进行表征.结果表明:Co2+替代Zn2+掺入了ZnO的晶格中,纳米棒沿[0001]方向垂直生长在含ZnO种子层的玻璃上,纳米棒平均直径约为150nm,长4.5μm.ZnO种子层和Co掺杂在ZnCoO纳米棒成核和择优生长中起着重要作用.PL光谱是由宽紫外光带(UV)和可见光(VL)构成.ZnCoO纳米棒阵列UV峰位与纯ZnO的相比发生了蓝移.随着Co含量的增加,UV峰明显宽化并发生红移.文中对紫外峰的宽化和红移起因以及ZnCoO阵列的形成机制进行了讨论.     

Fe掺杂对Zn1 xCoxO纳米晶体结构及磁性行为的影响

利用溶胶-凝胶法制备了Fe掺杂Zn1 xCoxO(x=001~002)纳米晶体.通过XRD,TEM和VSM对其结构、晶格参数和磁性进行了表征和分析.所有样品都没有检测到非晶态产物以及Fe,Co团簇等第二相,即Fe掺杂没有改变Zn1 xCoxO晶体的纤锌矿型ZnO结构、晶粒度大小以及室温铁磁性.随着Fe掺杂浓度的提高,饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力等磁性参数都有相应的改善.Fe掺杂还引起了交换偏置,并且,该现象随着Fe掺杂浓度的提高而增强;但是,单原子Fe对饱和磁化强度的贡献低于单原子Co对自发磁化强度的贡献,这表明Fe,Co共掺杂ZnO材料与Co掺杂ZnO材料的磁性机制有所不同.     

Co掺杂ZnO纳米粉体的结构和光学性能

采用溶胶凝胶法制备了掺杂Co2+的ZnO纳米粉体,并利用X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、紫外可见吸收光谱和光致发光光谱等对其结构和光学性质进行了表征.结果表明:Co以二价离子Co2+的形式掺杂进入ZnO晶格,且所得Co掺杂ZnO纳米粉体仍为六角纤锌矿型结构;纳米粉体的光学带隙随掺杂量的增加逐渐变窄,并且在紫外吸收谱上出现了3个明显的特征吸收峰;由室温光致发光光谱可知,随着Co2+掺杂浓度的增加,ZnO的荧光强度逐渐变弱.     

前驱液中Er~(3+)离子对ZnO薄膜形貌、结构和光学性质的影响

利用超声喷雾热解法,研究了Zn(CH3COO)2·2H2O的浓度、生长温度及前驱液中Er~(3+)离子对ZnO薄膜形貌、结构和光学性质的影响.扫描电子显微镜测试表明,前驱液中未加入Er~(3+)离子时,所制备的ZnO薄膜呈现团簇状结构.随着Zn(CH3COO)2·2H2O的浓度的增加,ZnO薄膜中团簇状结构的尺寸逐渐变大.前驱液中加入Er~(3+)离子后制备的ZnO薄膜均呈现片状结构,随着Zn(CH3COO)2·2H2O的浓度的增加,其片状结构的尺寸也逐渐变大.X射线衍射测试结果表明,前驱液中Er~(3+)离子的加入改善了ZnO薄膜的结晶质量.光致发光测试结果表明,所有样品中均出现了一个位于380nm附近的近带边(NBE)发射峰,和一个位于550~650nm的深能级(DL)发射峰.前驱液中Er~(3+)离子的加入使得ZnO薄膜中的NBE/DL比值有所提高,改善了ZnO薄膜的光学性质.     

稀磁半导体Zn1-xNixO的制备、结构和磁性

用溶胶凝胶法合成Zn1-xNixO(x=0.03,0.05,0.10)系列化合物,利用X-射线衍射、磁强计对该系列化合物进行了结构和磁性表征.结果表明一定量的Ni离子进入ZnO的晶格中,形成稳定的纤锌矿型固溶体,空间群为P63 mc,晶胞参数随Ni掺入量稍有变化.该系列化合物表现为铁磁性,其居里-外斯温度随其成分稍有变化,并且表现出磁性离子的轨道磁矩并未完全淬灭.     

Ag掺杂ZnO纳米晶的发光特性

以Zn(NO3)3.6 H2O,AgNO3为原料,明胶为模板分散剂,采用凝胶模板燃烧法制备纯ZnO和ZnO∶Ag纳米晶,利用XRD,SEM,TEM和PL谱对样品的结构和性能进行了研究.结果表明∶掺杂前后产物粒子形状均为球形,结晶良好,属六方晶系结构且无杂相;Ag占据部分Zn格位或填隙位进入ZnO晶格,掺入量约为1%(摩尔分数);纯ZnO平均粒径约为40 nm,掺杂样品的平均粒径约为45 nm,Ag掺杂轻微地影响ZnO晶粒生长.PL谱显示Ag掺杂能够调整ZnO纳米晶的能带结构?提高表面态含量,进而使得ZnO:Ag纳米晶的可见发光能力显著增强.     

Sm2O3、ZnO共掺杂Ba0.2Sr0.8TiO3陶瓷的制备及性能研究

采用固相反应法制备了ZnO、Sm2O3共掺杂Ba0.2Sn.8TiO3陶瓷样品,利用X射线衍射方法及介电谱测量方法对样品的结构和介电性能进行了测量分析,结果表明:(1)Zn2+与Sm3+进入Ba0.2Sr08TiO3晶格内,与之形成ABO3钙钛矿型固溶体;(2)介电常数弥散的P过程和弛豫的D过程随着Sm2O3含量的增大均被压低展宽,D的弛豫过程逐渐明显,在Sr2O3为0.06mol时为Debye型弛豫过程;(3) Sm2O3的掺入可降低B a0.2Sr0.8TiO3+ZnO陶瓷介电常数,增大损耗,Sm2O3为0.05mol时是样品的一个过渡组分.     

FTO玻璃基底上直接制备ZnO介孔纳米片及表征

以Zn(NO3)2.6H2O和(NH2)2CO为源物质,通过水热法以及退火工艺,在F:SnO2(FTO)导电玻璃表面制备了ZnO介孔纳米片薄膜.XRD表征结果表明,经由水热法直接生长在导电玻璃表面的薄膜为Zn(CO3)x(OH)y.nH2O,属于底心单斜晶体结构;经过退火以后,Zn(CO3)x(OH)y.nH2O转变成六角纤锌矿结构ZnO.能谱测量结果也佐证了这一点.扫描电子显微镜(SEM)图像表明,退火后得到的ZnO薄膜为垂直于导电玻璃表面的纳米片结构,纳米片表面密布着纳米尺度的孔洞.在FTO导电玻璃表面直接制备的ZnO介孔纳米片结构可望提高染敏电池光伏性能,是一种有潜力的工作电极结构材料.     

CoAPO-5沸石晶体的合成及表征

利用水热方法,生长出了不同掺Co2+摩尔比的AlPO4-5沸石晶体(CoAPO-5).X射线粉末衍射(XRD)和傅立叶红外吸收 (FTIR) 分析了晶体的结构,结果表明,Co2+离子的引入并没有显著改变AlPO4-5晶体的晶格结构;光学显微镜和扫描电子显微镜 (SEM) 观测了CoAPO-5晶体的光学质量和表观尺寸,结果显示,合成出的晶体形貌完整、透明,尺寸达到45 mμ×45 μm×300 μm;X射线荧光分析(XRF)测试了CoAPO-5晶体的化学成分,结果表明,当Co2+离子进入AlPO4-5晶格中取代了Al3+离子,使晶体晶格带负电性,且由此导致Brφnsted酸位的产生.     

Mg掺杂ZnO纳米材料的结构及光学特性研究

采用低温热分解法制备Zn1-xMgxO(x=0,0.03)纳米材料,利用X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)和拉曼光谱分析研究了Mg的掺杂对样品的结构和光学特性的影响.另外,还利用能量弥散X射线能谱仪(EDX)对样品的元素含量进行了表征.结果表明,Zn0.97Mg0.03O具有和ZnO一样的衍射谱,为六方纤锌矿结构.但是,随着Mg的掺入,样品Zn0.97Mg0.03O的结晶有序性遭到一定程度的破坏,结晶质量下降.XRD和EDX结果证明了Mg成功掺入ZnO晶格中,形成了替位式掺杂.在拉曼光谱中,位于434 cm-1处的E2(H)模式的出现表明样品为六角纤锌矿结构的ZnO.室温光致发光谱出现很强的紫外近带发射峰,没有观察到深能级发射,且随着Mg的掺入,紫外发射峰发生蓝移.     

CoAPO-5沸石晶体的合成及表征

利用水热方法,生长出了不同掺Co2+摩尔比的AlPO4-5沸石晶体(CoAPO-5)。X射线粉末衍射(XRD)和傅立叶红外吸收(FTIR)分析了晶体的结构,结果表明,Co2+离子的引入并没有显著改变AlPO4-5晶体的晶格结构;光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观测了CoAPO-5晶体的光学质量和表观尺寸,结果显示,合成出的晶体形貌完整、透明,尺寸达到45 mμ×45μm×300μm;X射线荧光分析(XRF)测试了CoA-PO-5晶体的化学成分,结果表明,当Co2+离子进入AlPO4-5晶格中取代了Al3+离子,使晶体晶格带负电性,且由此导致Brφnsted酸位的产生。     

V、Mn掺杂ZnO薄膜的掺杂特性及制备工艺研究

本文采用溶胶一凝肢法制备掺杂Mn的ZaO薄膜,井直流磁控溅射V掺杂的ZnO薄膜,研究Mn、V掺杂浓度以及制备工艺对于ZnO薄膜微观组织和电学性能的影响。研究发现,溶胶一凝胶法制备ZnO薄膜,最佳熟处理温度为450℃前烘和700℃退火处理结合。掺杂ZnO薄膜结构显示,Mn、V离子部分替代Zn离子进入ZnO晶格的内部。Mn掺杂ZnO薄膜浓度约为1％时,或V元素掺杂浓度为2％时,ZnO薄膜中的（002）晶向的衍射峰最强,显示出一定的C轴择优生长性。     

高电压正极材料Li_(1-x)CoO_2(x=0.75)的电子结构

进一步提高目前成熟的锂离子电池电极材料LiCoO_2的容量是一个重要的研究方向.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了高脱锂量材料Li1-xCoO_2(x=0.75)的电子结构和晶体结构性质,为深入理解该高电压材料的电子结构提供基础.计算表明,LiCoO_2材料中Co是以正常的价态+3价的形式存在的.少量脱锂时,小部分Co3+由于进一步失去电子而从+3价变成+4价.当深度脱锂(x=0.75)时,不仅有很多的Co3+再变价,而且部分O-2p轨道也会失去电子,产生2种氧离子O1和O_2,其中O1离子占O变价总数的1/3,而O_2离子占2/3.不同价态的Co与不同氧离子之间的键长有明显的区别.与Co3+相比,Co4+和氧离子之间聚集了更多的电子,它们之间的相互作用力也将强于Co3+与氧离子之间的相互作用力.     

Ni_(1-x)Mn_xO稀磁半导体的磁性研究

通过X射线吸收近边结构(XANES)、超导量子干涉仪和第一性原理计算研究了脉冲激光沉积法(PLD)制备的Ni1-xMnxO(0.01≤x≤0.05)薄膜的微观结构和磁学性质.X射线吸收近边结构表明,当x≤0.03时,掺杂的Mn替代了NiO晶格中的Ni原子,并且以混合价态(+2/+3)的形式存在.当x0.03时,掺杂的部分Mn离子形成了类Mn2O3杂相.磁性测量表明,随着Mn含量从0.01增加到0.03,Ni1-xMnxO薄膜的饱和磁矩从0.3μB/Mn增加到了0.45μB/Mn.基于第一性原理计算,我们提出Mn3+离子之间通过Ni空位表现出了铁磁性耦合,Mn2+离子之间则通过超交换作用表现出了反铁磁耦合.