掺杂和复合对CuO纳米材料的结构、光、磁性能影响的研究
发布时间：2021-09-30 13:04
CuO是一种性能优异的多功能材料,在太阳能电池、电容器、传感器和光催化等领域均有广泛应用。目前大量的科学探究还主要局限在CuO纳米材料的光电性质方面,有关其磁学性质的研究非常匮乏,也限制了材料的多功能化。因此,人们相继提出了掺杂改性和复合改性的方法,希望通过调整CuO基材料的电子能带结构从而改善其物理性能。针对这一研究现状,本论文主要从实验方面证实CuO体系引入自旋性质的可行性,并对磁性起源进行解释,主要包括如下三方面工作:（1）采用水热反应法,制备Cr掺杂的CuO纳米材料。SEM结果表明随Cr掺杂浓度增大,样品形貌逐渐由片状变为棒状。吸收光谱表明Cr掺杂后产生中间缺陷带导致带隙值减小。PL和拉曼结果证明样品中存在结构缺陷,Cr掺杂或热处理后氧空位减少而铜空位增多。首次在Cr掺杂CuO体系中发现室温铁磁性,磁性源于铜空位,这些空位可以引入磁矩并调控铬和铜自旋的铁磁有序。（2）以尿素作为碱沉淀剂,制备CuO/ZnO片状纳米复合物。SEM和TEM分析表明纳米片是由纳米颗粒连接而成的,平均颗粒尺寸约20 nm。随着CuO比例增大样品结构有明显坍塌,小片状增多。磁性测量结果表明在抗磁性的ZnO...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种5%Mn掺杂p型半导体材料的居里温度计算值
：磁性元素进入晶体晶格内部后，会与其周围的导带电子进行交换耦合，这一作用使导带电子发生自旋极化，随着发生交换作用的两个磁性离子之间距离不断增大，电子的极化程度以振荡方式不断衰减，如图1-2所示，图中横坐标t表示费米波矢与局域磁矩间距的比值，纵坐标j与t满足如下方程：(1-1)正是图示所示的振荡导致相邻的磁性元素之间发生 RKKY 交换作用。由于两相邻磁性离子状态不同，这种交换作用使得两个离子自旋在不同的排列方式下表现出不同的磁学行为（包括铁磁态和反铁磁态）。图 1-2 导带中的电子自旋极化程度与磁性离子之间距离的关系示意图（2）超交换模型和双交换模型超交换作用，该模型最早是由 Kramers[15]在对铁氧体材料内发生的反铁磁性自发极化现象进行原因追踪的时候提出并由 Anderson[16]等人做了适当完善之后而共同建立的。超交换作用的实质是通过原来没有磁性的阴离子的极化，把体系内两个不相邻的但是本身具有价态稳定不变特性的磁性离子紧密联系在一起，使体系对外呈现磁耦合状态的一个物理过程。双交换作用，该模型最早应该是由Zener[17]提出来的。双交换作用的实质同超交换作用一样也牵涉到了载流子的跃迁
和Cu2+的离子半径分别为1.40 和0.72 。图1-3为单斜CuO的晶体结构简图（图中较大的灰色球体表示铜原子，较小的黑色球体表示氧原子）。CuO 作为一种 p 型直接带隙(1.2-2.1 eV)氧化物半导体，具有低成本、无毒、易制备、高容量(670 mAh·g 1)等优势，在太阳能电池、电容器、传感器、磁性存储和场发射器件等领域有广泛应用，吸引了大量研究者的兴趣。CuO 本身为反铁磁材料中，尼尔温度为 230 K，因此在室温下表现为顺磁性。在 CuO 材料中引入室温铁磁性，以扩大材料的应用范围，有利于实现集磁、光、电、气于一体的
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有优异光电化学性能的三维p-CuO/n-ZnO异质结光阴极材料（英文）[J]. 武芳丽,曹风人,刘琼,卢豪,李亮. Science China Materials. 2016(10)
[2]合成ZnO纳米阵列及刺突状CuO/ZnO异质结（英文）[J]. 李湘奇,范庆飞,李广立,黄瑶翰,高照,范希梅,张朝良,周祚万. 物理化学学报. 2015(04)
[3]氧化物稀磁半导体的研究进展[J]. 许小红,李小丽,齐世飞,江凤仙,全志勇,范九萍,马荣荣. 物理学进展. 2012(04)
[4]Cu掺杂ZnO纳米粒子的光学性能及铁磁性[J]. 邢伯阳,牛世峰. 材料科学与工程学报. 2012(03)
[5]稀磁半导体的研究进展[J]. 赵建华,邓加军,郑厚植. 物理学进展. 2007(02)
[6]磁性材料新近进展[J]. 都有为. 物理. 2006(09)
硕士论文
[1]水热法合成无机半导体纳米材料及其掺杂稀土发光纳米材料[D]. 陶萍芳.广西师范大学 2008
本文编号：3415921
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种5%Mn掺杂p型半导体材料的居里温度计算值
：磁性元素进入晶体晶格内部后，会与其周围的导带电子进行交换耦合，这一作用使导带电子发生自旋极化，随着发生交换作用的两个磁性离子之间距离不断增大，电子的极化程度以振荡方式不断衰减，如图1-2所示，图中横坐标t表示费米波矢与局域磁矩间距的比值，纵坐标j与t满足如下方程：(1-1)正是图示所示的振荡导致相邻的磁性元素之间发生 RKKY 交换作用。由于两相邻磁性离子状态不同，这种交换作用使得两个离子自旋在不同的排列方式下表现出不同的磁学行为（包括铁磁态和反铁磁态）。图 1-2 导带中的电子自旋极化程度与磁性离子之间距离的关系示意图（2）超交换模型和双交换模型超交换作用，该模型最早是由 Kramers[15]在对铁氧体材料内发生的反铁磁性自发极化现象进行原因追踪的时候提出并由 Anderson[16]等人做了适当完善之后而共同建立的。超交换作用的实质是通过原来没有磁性的阴离子的极化，把体系内两个不相邻的但是本身具有价态稳定不变特性的磁性离子紧密联系在一起，使体系对外呈现磁耦合状态的一个物理过程。双交换作用，该模型最早应该是由Zener[17]提出来的。双交换作用的实质同超交换作用一样也牵涉到了载流子的跃迁
和Cu2+的离子半径分别为1.40 和0.72 。图1-3为单斜CuO的晶体结构简图（图中较大的灰色球体表示铜原子，较小的黑色球体表示氧原子）。CuO 作为一种 p 型直接带隙(1.2-2.1 eV)氧化物半导体，具有低成本、无毒、易制备、高容量(670 mAh·g 1)等优势，在太阳能电池、电容器、传感器、磁性存储和场发射器件等领域有广泛应用，吸引了大量研究者的兴趣。CuO 本身为反铁磁材料中，尼尔温度为 230 K，因此在室温下表现为顺磁性。在 CuO 材料中引入室温铁磁性，以扩大材料的应用范围，有利于实现集磁、光、电、气于一体的
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有优异光电化学性能的三维p-CuO/n-ZnO异质结光阴极材料（英文）[J]. 武芳丽,曹风人,刘琼,卢豪,李亮. Science China Materials. 2016(10)
[2]合成ZnO纳米阵列及刺突状CuO/ZnO异质结（英文）[J]. 李湘奇,范庆飞,李广立,黄瑶翰,高照,范希梅,张朝良,周祚万. 物理化学学报. 2015(04)
[3]氧化物稀磁半导体的研究进展[J]. 许小红,李小丽,齐世飞,江凤仙,全志勇,范九萍,马荣荣. 物理学进展. 2012(04)
[4]Cu掺杂ZnO纳米粒子的光学性能及铁磁性[J]. 邢伯阳,牛世峰. 材料科学与工程学报. 2012(03)
[5]稀磁半导体的研究进展[J]. 赵建华,邓加军,郑厚植. 物理学进展. 2007(02)
[6]磁性材料新近进展[J]. 都有为. 物理. 2006(09)
硕士论文
[1]水热法合成无机半导体纳米材料及其掺杂稀土发光纳米材料[D]. 陶萍芳.广西师范大学 2008
本文编号：3415921
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3415921.html
