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《石家庄铁道大学》 2017年
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铬、铕掺杂对氧化锌粉体和薄膜性能的影响研究

孙蕾  
【摘要】:氧化锌(ZnO)作为一种直接宽带隙的金属氧化物半导体材料,有着广阔的应用前景。但目前学术界对其室温铁磁性来源等问题依旧存在较大争议,本论文从调控结构和掺杂两种手段入手,详细研究了掺杂及未掺杂的多孔ZnO粉体、薄膜的光学和磁学性能,并探讨了相关的机理。主要内容如下:(1)以乙酸锌(Zn(CH3COO)2)为锌源,阳离子表面活性剂十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)-阴离子聚电解质聚丙烯酸(PAA)的复合结晶为模板,制备了多孔Zn O微球。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、氮气吸附和脱附(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、荧光光谱仪(PL)和物理性能测试系统(PPMS)等手段研究了退火温度及PAA用量对ZnO微球结构、形貌和性能的影响。结果表明:退火温度为600℃和PAA用量为3 ml是实验最优条件。此时所制备多孔ZnO比表面积达35.98 cm2·g-1,孔径在6 nm~20 nm之间,发光性最强,且具有一定的室温铁磁性。分析表明样品的发光性和铁磁性均与氧空位浓度有关。(2)采用水热法制备了Cr掺杂多孔ZnO(Zn1-xCrxO)微球,详细研究了Cr掺杂对ZnO微球结构、形貌及性能的影响。研究结果表明,在Cr掺量为4%-16%范围内,Zn1-xCrxO微球呈现纤锌矿结构,没有出现Cr金属团簇及其氧化物。随着Cr掺量的增加,比表面积、发光强度和饱和磁化强度均呈现先增加后减小的趋势。这在很大程度上取决于氧空位浓度。(3)采用水热法制备了Eu掺杂多孔ZnO(Zn1-xEuxO)粉体。通过XRD、BET、SEM、TEM、PL、PPMS等测试,结果表明,在Eu掺量范围在2%-11%之间,Zn1-xEux O粉体仍为纤锌矿结构,未发现Eu的金属簇团及氧化物。随着Eu掺量的增加,比表面积、发光性均呈现先增强后减小的趋势。PPMS测试显示样品均具有明显的磁滞回线,饱和磁化强度也随着掺量的增加呈现先增加后减小的趋势。(4)采用匀胶法制备了Eu掺杂多孔ZnO(Zn1-xEuxO)薄膜。经XRD、TGA、BET、SEM、PL、PPMS等测试,研究结果表明:在Eu掺量为0%-9%之间,Zn1-xEux O薄膜是六角纤锌矿结构,未发现Eu的金属氧化物及第二相。随着Eu掺量的增加,比表面积、发光强度及饱和磁化强度的变化规律与相应粉体的变化规律相同。
【学位授予单位】:石家庄铁道大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ132.41;TB383.2

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