Al和氧空位对ZnO:Co稀磁半导体磁性质的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Al共掺杂和氧空位缺陷对Co掺杂ZnO磁性质的影响,发现Al原子共掺杂引入的自由电子载流子会稳定体系的反铁磁性从而减弱Co原子间的铁磁性交换,而氧空位缺陷束缚的电子载流子对提高体系的铁磁性具有积极的作用.氧空位引入的电子载流子部分转移到Co原子和近邻Zn原子,形成以电子载流子为媒介的Co原子间的耦合作用,稳定体系的铁磁态,增强Co原子间的交换耦合作用.     

C/Cr掺杂氧化钛粉体的制备与氧空位调控

采用球磨法合成碳、铬掺杂的氧化钛材料,碳、铬掺杂用于调节材料的氧空位缺陷度.应用X射线衍射仪、紫外—可见分光光度计、荧光分光光度计等表征手段测试了样品的结构和光学性能.结果表明:碳、铬掺杂使材料的氧空位缺陷发生不同程度的改变.此外,对碳、铬掺杂的氧化钛的可见光吸收增强的来源作了相应解释.     

Co掺杂ZnO稀磁半导体的微观结构与磁学性质

用溶胶-凝胶方法制备了具有单一纤锌矿结构的Co掺杂ZnO稀磁半导体粉末样品.通过对样品的结构、元素价态、电学和磁学性质的分析,研究了样品室温铁磁性来源.研究结果表明,2次烧结的样品比1次烧结样品的磁化强度明显增强;观测到的铁磁性与ZnO本征缺陷(Zn空位)有关,铁磁性起源于局域化受主(Zn空位)之间的交换相互作用.     

基于第一性原理的Co掺杂的BaTiO_3室温多铁性研究

基于密度泛函理论的第一性原理,计算并研究了Co掺杂的BaTiO_3材料的电子结构及磁特性.研究表明,对于单个Co掺杂的没有氧空位的情况下,Co离子没有净磁矩,总的态密度无带隙存在,因而无法实现多铁性.在考虑Co离子、氧空位(Ov)同时存在的情况下,氧空位位于掺杂的Co离子的最近邻形成Co-Ov集团结构时最稳定.此外,为了研究掺杂对体系的磁相互作用的影响,在体系中引入了各种不同构型下的2对Co-Ov集团.研究表明:2对Co-Ov集团更趋向于沿着自发极化(c轴)方向线性排列;由总的态密度可知,体系的带隙存在,从而可以实现铁电性.通过第一性原理计算的方法,不仅研究了氧空位在Co掺杂的BaTiO_3材料中实现多铁性所起的重要作用,能很好地解释了实验现象;而且为在常规铁电材料中通过掺杂的方法实现多铁性提供了一条有效途径.     

氧化钐掺杂氧化铈纳米材料的导电性

利用溶胶-凝胶法制备了Sm2O3掺杂CeO2系列固体电解质.通过粉末X射线衍射谱对所制备的电解质材料进行了平均晶粒尺寸和晶格常数分析,并利用交流阻抗谱测试结果分析了样品的电导率机理.研究表明,粉末样品晶粒尺寸较小,属于纳米级材料,且具有立方萤石型结构.另外,随温度的升高,Sm2O3掺杂CeO2样品中的氧离子通过空位移动速度增大,而使其电导率也随之线性增大;Sm2O3掺杂CeO2样品随掺杂比例变化而导致空位变化,使其导电率也在一定程度上受到了影响.     

Co离子注入ITO薄膜的磁性研究

ITO薄膜是一类被广泛应用的透明导电氧化物薄膜材料,对其进行磁性离子掺杂,使其具有室温铁磁性而用于自旋电子学器件,具有重要的意义。以ITO薄膜为基体,用MEVVA源注入磁性Co离子,经快速热退火处理后,研究Co离子注入前后薄膜样品的磁性质。经GAXRD和XPS分析,没有发现Co纳米团簇及其氧化物等第二相生成。未注入Co离子的ITO薄膜具有室温铁磁性,其磁性起源于薄膜中少量的VO,Co离子注入后,薄膜样品的饱和磁化强度明显增强,一方面是由于Co-O-Co铁磁耦合对的生成,另一方面是磁性Co离子注入后,促进了样品中磁极化子间的交换相互作用。     

锰氧化物La0.67Ca0.33Mn0.9A0.1O3的正电子湮没研究

采用固相反应法制备了La0.67Ca0.33Mn0.9A0.1O3(其中A为Cr、Co、Fe、Al、Cu)系列Mn位替代的氧化物样品;利用正电子湮没对该系列样品的结构缺陷进行了分析,结果表明:τ1的变化范围不大,表明样品主要受大尺寸点缺陷的影响,τ2的变化比较明显,说明样品内存在一定数量的空洞及微空洞等缺陷.类比合金中正电子长寿命与缺陷簇之间的关系,估算了元素替代后样品的缺陷半径大小,可能大的空位团簇、位错和晶界在样品中起着重要作用.按Cr、Co、Fe、Al、Cu的掺杂顺序,平均寿命τavg逐渐增加,而电子密度ne则逐渐减小.说明元素掺杂引起锰离子局域环境的改变,样品中的铁磁与反铁磁作用的相互竞争及样品内部电子局域化所形成的极化行为等因素的影响,导致了正电子寿命各参数的变化.     

氦离子行为与钨中相关缺陷演化的研究

本文通过离子注入向钨体中注入100keV氦离子,并使用慢正电子束分析(SPBA)手段研究了不同注量的氦在钨体内的行为以及氦相关缺陷的演化.实验结果表明:在不同的氦注量条件下,样品的S-W参数呈相同线性分布显示氦离子的注入会引入同一类型的空位型缺陷,并且随着氦离子注量增加,S参数的增大表明引入空位型缺陷浓度的逐渐增加.通过与其他未退火样品对比发现样品退火后的S参数出现明显改变,该结果表明相对于其他影响因素如注量,钨中空位型缺陷更容易受热效应的影响.     

四价离子M（M=Mn,Pr,Sn,Zr,Se,Te）掺杂对CeO_2氧化还原性能的影响

于考虑了Ce-4f电子之间强关联作用PBE＋U方案,采用第一性原理计算方法系统研究了掺杂Mn,Pr,Sn,Zr,Se和Te等对CeO2原子结构、电子结构和还原性能影响.针对形氧空位后掺杂离子对体系中电子转移影响,提出了两种不同制：对于Zr,Se和Te等掺杂CeO2,氧空位形能的降低主要是受到氧空位形后结构扭曲影响;而对于Mn,Pr和Sn等掺杂体系,氧空位形能受到结构扭曲和电子转移双重影响,因此,氧空位形后电子首先转移到掺杂离子上而不是通常的Ce4＋上.研究发现,当四价掺杂离子到电子后最外层电子全满或半满结构时,氧空位形时所产生的电子会优先转移到掺杂离子上.     

W离子注入VO2薄膜结构及红外发射性能研究

探讨了低剂量离子注入技术对VO₂薄膜的结构和红外发射性能的影响,发现1×1015 cm?2注量的W离子注入掺杂时,会对VO₂薄膜的晶体结构产生一定的损伤;经400 ℃退火处理后部分恢复了薄膜的单斜相晶体结构,且退火处理后,在掺杂W离子、结构缺陷和氧空位的共同作用下,掺杂量0.12%即可使VO₂薄膜的相变温度降低8.9 ℃;掺杂原子数量每增加1%,其相变温度相应变化74.2 ℃;W离子注入并经退火处理后,VO₂薄膜的红外发射率为0.35～0.46,其在低温区间的红外发射率相比未注入薄膜降低了0.14,这大幅度提高了VO₂薄膜在低温区的红外隐身性能．      

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.     

稀土Eu掺杂ZnO纳米棒的水热合成及其光学性质

采用水热法合成了稀土Eu掺杂ZnO纳米棒材料,研究了稀土Eu掺杂浓度对ZnO材料的结构、形貌和光学性能的影响。研究表明,Eu3+成功掺入到ZnO中,材料呈现纳米棒状结构且直径为15-25 nm。Eu的掺杂对ZnO材料的结晶质量和光学性能有明显的影响,随着Eu掺杂浓度的增加,ZnO材料的结晶质量明显下降,认为是杂质Eu的引入导致材料缺陷增加所致,而缺陷的改变引起ZnO材料的Eu3+红色特征发光峰增强。另外,随着Eu掺入到ZnO中,紫外峰峰位发生明显的红移现象,认为与引入新的Eu杂质能级有关。     

氧化锌薄膜的制备及掺Co2+对结构和性能的影响

采用溶胶-凝胶方法在Si(111)衬底上制备了ZnO:Co氧化锌薄膜,利用X射线衍射(XRD)仪和振动样品磁强计(VSM)分别测试了样品的结构和磁性.实验表明,采用溶胶-凝胶方法制备的掺Co2+氧化锌薄膜具有(002)峰的择优取向,同时ZnO:Co薄膜在室温情况下呈现出铁磁性.     

矿化剂辅助水热法生长Eu掺杂ZnO材料研究

采用温和的水热法、三种不同的矿化剂成功合成了稀土铕(Eu)掺杂的氧化锌(ZnO)样品,并利用XRD、SEM、TEM和XPS对样品的结构和形貌进行了表征和分析.结果表明:稀土Eu离子以+3价成功地掺入到ZnO晶格中.并且采用不同矿化剂可以得到了不同形貌的ZnO材料,三种矿化剂生长的ZnO的形貌分别为纳米棒、纳米针和纳米片.     

Vertically aligned ZnO nanorods on porous silicon substrates: Effect of growth time

Vertically aligned ZnO nanorods were successfully grown on porous silicon(PS) substrates by chemical bath deposition at a low temperature.X-ray diffraction, field-emission scanning electron microscopy(FESEM), transmission electron microscopy(TEM), and photoluminescence(PL)analyses were carried out to investigate the effect of growth duration(2 h to 8 h) on the optical and structural properties of the aligned ZnO nanorods. Strong and sharp ZnO(0 0 2) peaks of the ZnO nanorods proved that the aligned ZnO nanorods were preferentially fabricated along the c-axis of the hexagonal wurtzite structure. FESEM images demonstrated that the Zn O nanorod arrays were well aligned along the c-axis and perpendicular to the PS substrates regardless of the growth duration. The TEM image showed that the top surfaces of the ZnO nanorods were round with a smooth curvature. PL spectra demonstrated that the ZnO nanorods grown for 5 h exhibited the sharpest and most intense PL peaks within the ultraviolet range among all samples.     

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.     

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.     

纳米Zn1-xCuxO薄膜的结构及光学性质

采用射频磁控溅射制备了不同Cu掺杂浓度的ZnO薄膜．以X射线衍射、扫描电镜等对薄膜的结构和形貌进行了表征,XRD和SEM测试结果显示Cu掺杂量为5．0at．％时,Zno9,Cu0.05O薄膜呈纳米柱状结构．同时也对薄膜的光致发光（PL）进行了研究．结果表明,406nm的发光峰源于带边自由激子电子的复合,440nm的发光峰则和薄膜中的锌间隙Zni缺陷有关．     

Sb2S3纳米粒子敏化ZnO微纳分级结构的光电化学性能

采用电化学沉积方法,选择聚乙二醇(PEG-400)和乙二胺(EDA)为添加剂,直接在ITO导电玻璃上制备了有序阵列的ZnO纳米棒,以及ZnO纳米棒上生长纳米棒微纳分级结构。采用化学浴沉积法均匀沉积Sb2S3纳米粒子,制备了Sb2S3/ZnO纳米棒壳核结构和Sb2S3/ZnO纳米棒上生长纳米棒分级壳核结构。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、瞬态光电流等分析手段对其形貌、结构和光电化学性能进行了表征和测试。研究表明,Sb2S3/ZnO纳米棒上生长纳米棒分级壳核结构阵列膜的光电流明显高于Sb2S3/ZnO纳米棒壳核结构阵列。     

具有中空分级结构的花菜状ZnO制备及发光性能研究

以乙酸锌、氨水和海藻酸钠为原料,采用水热法合成了具有分级结构的中空花菜状ZnO.利用SEM、XRD对样品进行了表征,并研究了样品的光致发光性能.结果表明:空分级结构花菜状ZnO由直径约为50 nm纳米棒组装而成的,组装体的直径约为1μm,为六角纤锌矿结构;海藻酸钠的存在对形成花菜状结构起着关键性的作用;室温光致发光光谱表明样品在380 nm处存在弱的紫外发光峰,而在可见光区(600 nm左右)有很强的发光峰.