Al掺杂ZnO纳米线阵列紫外光探测器特性

采用简便水热法,在具有叉指图案的氟掺杂氧化锡导电玻璃基底上,生长出几种Al掺杂浓度ZnO纳米线阵列,Al/Zn原子比分别为0%(未掺杂)、0.5%、1%、2%和4%。实验结果显示:所有样品均为六方纤锌矿结构,Al掺杂ZnO纳米线沿近似垂直基底表面方向生长,形成良好取向阵列。并且用这些Al掺杂ZnO纳米线阵列作为光敏层,制备了五种紫外光探测器,系统研究了器件性能。经分析,所有器件对365 nm紫外光表现出良好响应。1%Al掺杂ZnO纳米线阵列紫外光探测器具有最佳性能,在365 nm波长处,该探测器响应度、比探测率、灵敏度、外量子效率、响应时间和衰减时间分别为6180 mA/W、1.51×10^(12)Jones、83.2、6090%、4.12 s和14.45 s。该研究证实在ZnO纳米线阵列中进行适量Al掺杂,可有效提高其紫外光探测器性能。

Al掺杂CoCrNiAlY金属黏结层的高温抗氧化行为研究

采用电弧离子镀技术在GH4169高温合金表面制备CoCrNiAlY和Al掺杂CoCrNiAlY涂层,系统开展涂层的高温抗氧化行为与机理研究,利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析涂层的物相结构特征、氧化反应产物及表/截面微观形貌。研究结果表明,未掺杂CoCrNiAlY涂层表现较差的结构稳定性和抗氧化性能,涂层呈持续氧化增重趋势,200 h涂层质量增重达0.38 mg/cm^(2)。然而,Al掺杂显著提升CoCrNiAlY涂层的高温抗氧化性能与结构稳定性,质量增重率先迅速增大后趋于稳定,200 h涂层的质量增重约0.30 mg/cm^(2)。本研究结果充分证实Al元素掺杂可显著改善CoCrNiAlY金属黏结层抗氧化性能。

同位靶磁控溅射法制备Al掺杂CdSe薄膜

为增加掺杂薄膜的元素均匀性,基于磁控溅射技术,设计了靶材同位共溅射制备掺杂薄膜的方法,并用于制备Al掺杂CdSe薄膜,获得了Al均匀掺杂的CdSe薄膜。结果表明:制备的薄膜为富Se状态,呈现明显的(111)择优取向。Al掺杂后的CdSe薄膜方块电阻由5.2 kΩ/□升高至544.5 kΩ/□。随着Al掺杂量的增加,薄膜的方块电阻下降。当共溅射Al片为6片时,薄膜方块电阻为7.7 kΩ/□,薄膜半导体类型由p型转变为n型。掺杂薄膜体电导率分别为192.4(未掺杂)、2.01×10^(4)(Al片数1)、506.9(Al片数2)、384.8(Al片数4)、284.9 mΩ·cm(Al片数6)。掺杂薄膜样品的禁带宽度Eg分别为1.82(未掺杂)、1.97(Al片数1)、1.75(Al片数2)、1.78(Al片数4)、1.82 eV(Al片数6)。

Al掺杂对β-Ga_(2)O_(3)薄膜光学性质的影响研究

近年来,半导体器件向着高散热性、高击穿场强和低能耗的方向发展,因此超宽禁带半导体材料β-Ga_(2)O_(3)具有广阔的应用前景,而有效掺杂是实现β-Ga_(2)O_(3)器件的基础。实验采用磁控溅射法制备Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)复合结构,经高温退火使Al原子热扩散进入薄膜中,形成Al掺杂的β-Ga_(2)O_(3)薄膜。采用激光区熔法使薄膜区域熔化再结晶,进一步提升掺杂质量。对Al掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜的晶体性质、杂质含量及光学性质进行了测试表征。结果表明:Al掺杂不改变β-Ga_(2)O_(3)薄膜的晶体结构;随着Al层溅射时间延长,掺杂含量逐渐增加;当Al溅射时间为5和10 s时,薄膜紫外吸收率分别为40%和50%;随着Al溅射时间的增加,Al掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜紫外区域光吸收率逐渐增强,Al溅射时间为300 s时,β-Ga_(2)O_(3)薄膜的光吸收率接近90%;低浓度的Al掺杂会导致β-Ga_(2)O_(3)薄膜的禁带宽度变窄。

Al掺杂对TiO_(2)薄膜结构及光学性能的影响

通过溶胶-凝胶法制备了本征TiO_(2)和Al掺杂的Al-TiO_(2)薄膜样品.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、薄膜测厚仪对制备的薄膜样品的性能进行了分析.分析表明:与本征TiO_(2)薄膜相比,Al的掺杂使(101)晶面对应的衍射峰发生了一定角度的偏移,TiO_(2)的基本结构没有发生改变,晶粒尺寸缩小,晶面结构得到细化,扩大了薄膜的比表面积.随着Al掺杂量的增加,Al-TiO_(2)薄膜样品的光吸收度发生不同程度的改变,光学带隙值与本征TiO_(2)薄膜相比有所减小.当Al掺杂量为3at%时,所得薄膜样品结晶质量良好,晶粒分布均匀,吸光度表现最佳,带隙值最小为3.249eV.

Al掺杂KIT-6材料的合成及其亚甲基蓝吸附性能

KIT-6是典型的三维有序介孔氧化硅材料,在催化和吸附等领域具有广泛的用途。通过掺杂骨架Al赋予KIT-6材料酸性位,能显著提升Al-KIT-6材料的吸附性能;然而以无机硅源和铝源可控合成Al-KIT-6是难点。利用粉煤灰基硅酸钠溶液,通过pH值控制水热法诱导Al原子进入KIT-6材料的硅骨架,直接合成了一系列Al-KIT-6材料。通过N_(2)-物理吸附、XRD、TEM、Al核磁共振、XPS和NH_(3)-TPD表征了Al-KIT-6的织构性质;结果显示合成的Al-KIT-6保留了有序介孔结构;Al主要掺杂进入KIT-6材料骨架中,显著提升了KIT-6的酸量和强度。碱性亚甲基蓝分子的吸附实验表明,Al-KIT-6吸附材料的吸附容量随着Al掺入量的增加而变大。吸附动力学实验显示Al-KIT-6材料对亚甲基蓝的吸附过程符合拟二级动力学,吸附等温线模型拟合结果显示吸附过程符合Langmuir吸附模型。

Al掺杂量和衬底温度对ALD沉积的ZnMgO∶Al薄膜的影响

ZnMgO∶Al具有近紫外透明导电薄膜的应用潜力.使用原子层沉积(ALD)制备了ZnMgO∶Al薄膜,研究了Al掺杂量和衬底温度对ZnMgO∶Al薄膜的物相和光电性能的影响.研究结果表明,在较高Mg含量下,Al重掺杂(>5%)将破坏ZnMgO∶Al的结晶性,迅速恶化其电学性能.ZnMgO∶Al的光学性质对衬底温度不敏感,但较高的衬底温度(210℃)能大幅改善薄膜的导电性.

两步煅烧制备高性能Al掺杂富锂锰基正极材料

采用两步煅烧工艺制备了Al掺杂改性的富锂锰基正极材料Li_(1.049)Mn_(0.524)Ni_(0.126)Co_(0.126)Al_(0.024)O_(2)。实验结果表明,两步煅烧可避免LiAlO_(2)结构的生成,使Al元素充分嵌入到富锂锰基内部晶体结构中。强Al-O键有利于增强富锂锰基材料的结构稳定性,抑制充放电过程中层状结构向尖晶石结构的不可逆相变,提高电化学性能。电化学结果表明,所合成的Al掺杂富锂锰基正极材料在0.2 C下循环50次后的容量保持率高达97.0%,放电中值电压衰减仅为3.498 mV/次。

纯Ar气氛中退火对Al掺杂ZnO薄膜性能的影响

用射频磁控溅射技术制备了高度择优取向的Al掺杂ZnO（ZAO）薄膜,并对薄膜在纯氩气中进行了400-600℃的退火处理。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、光谱仪和四探针测试仪等对退火前后薄膜进行了表征和光学、电学性能研究。研究表明,纯氩气中退火处理对ZAO薄膜的晶体、光学和电学性能有影响。原位沉积的薄膜电阻率2.59Ωcm,可见光区透过率约70%。500℃纯Ar气氛中退火1h后,ZAO薄膜的平均晶粒有所长大,薄膜内应力达到最小,接近于松弛状态;薄膜可见光区平均透过率从70%提高到80%左右;而薄膜的电阻率变化不明显,从2.59Ωcm降低到1.13Ωcm。

浓度对Al掺杂TiO_2电子结构影响的第一性原理计算

运用第一性原理超软赝势方法计算了不同Al掺杂浓度对TiO2能带结构、分波态密度、光吸收谱图的影响。计算结果表明:Al原子进入TiO2晶格后,晶胞体积减小;随着掺杂浓度的增大,禁带宽度减小,吸收带边红移越来越明显;不同掺杂浓度下,虽然Al的3s和3p轨道对导带和价带贡献较小,但对TiO2可见光吸收能力大有改善;在波长为100~280nm处,Al掺杂TiO2的紫外光吸收能力有所降低,波长为450~1000nm时,TiO2的可见光吸收能力明显增强。对比四种不同掺杂浓度下TiO2的光催化活性,发现浓度为9%左右时催化效果更好一些。

Al掺杂浓度对氧化锌纳米棒结构和光学性能的影响

采用水热合成法以15min的溅射时间,0.7Pa的溅射压强制备的ZnO种子层玻璃片为衬底,制备出具有较好光致发光性能的Al掺杂ZnO纳米棒。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光谱(PL)谱表征了样品的晶体结构、表面形貌和光致发光性能。结果表明,不同的Al掺杂浓度对于ZnO纳米棒产生了一定的影响,适当的Al掺杂使ZnO纳米棒的c轴择优取向更好,改善了ZnO的近紫外发光和蓝色发光特性。其结晶质量随着Al掺杂量的增加而降低,而且纳米棒的顶端在逐渐变细。随着Al^(3+)浓度的增加,纳米棒的光学性能先变好后变差,在Zn^(2+)与Al^(3+)的浓度比为1∶0.02时,纳米棒的光学性能效果最佳,紫外发光峰强度最大,并且出现了蓝移。

Al掺杂SnO_2材料的NTC热敏特性的研究

利用共沉淀方法制备了Al掺杂SnO2材料。并通过XRD与R-t特性测试仪,研究其相结构与R-t特性。结果表明:600℃煅烧获得了高纯、四方相的Al掺杂SnO2,其晶粒度为9.8nm;且具有良好的NTC效应,材料常数为4484K。利用半导体热力学理论讨论了Al掺杂SnO2材料的NTC特性机理。

Al掺杂四针状ZnO纳米结构的制备及其光致发光和场发射特性

采用热蒸发法成功制备了Al掺杂四针状ZnO纳米结构(T-AZO),利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、荧光光谱仪和场发射测试系统分别研究了不同Al摩尔分数对T-AZO纳米结构表面形貌、微结构、光致发光谱和场发射特性的影响。实验结果表明:T-AZO纳米结构呈现六角纤锌矿结构,Al掺杂对四针状ZnO纳米结构的形貌产生明显影响并且使紫外发射峰产生蓝移。实验中,当Al掺杂摩尔分数为3%时,场发射性能最好,其开启场强为1.33 V/μm,场增强因子为8 420。

Al掺杂TiO_2介孔材料的合成、表征和光催化性能

以钛酸四丁酯为钛源、十八水硫酸铝为铝源、三乙醇胺为模板剂,采用研磨-溶胶技术合成了Al掺杂的TiO2介孔材料,并利用XRD、EDS、TEM、BET、UV-vis和IR等手段表征了材料的结构、形貌、比表面积、孔径分布及光学性能。结果表明:Al掺杂能够减小TiO2光催化剂的粒径,提高介孔TiO2的热稳定性;Al掺杂TiO2介孔材料的平均孔径为4.5 nm,比表面积达到110.2 m2/g;相比商用P25和介孔TiO2,Al掺杂介孔TiO2的吸收边发生红移,对初始浓度为20 mg/L的甲基橙进行催化降解1 h后,其降解率达到92.5%。

Al掺杂ZnO薄膜的微结构及电学特性

用(ZnO)1-x(Al2O3)x(x=w(Al2O3)=0、0.01、0.02、0.05)陶瓷靶材为原料,通过电子束反应蒸发生长了非故意掺杂及Al掺杂的ZnO薄膜.采用X射线衍射、Raman散射及霍尔效应技术研究了薄膜的晶体微结构及电学特性.结果表明,由(ZnO)1-x(Al2O3)x(x≤0.02)的靶材生长得到的Al掺杂ZnO薄膜仍具有高度c-轴取向的纤锌矿晶体结构,但随着薄膜中Al掺入量的增加,其c-轴取向性有所退化;Raman光谱测量表明,Al掺杂ZnO薄膜的本征内应力随着Al掺入量的增加而增大,(ZnO)0.98(Al2O3)0.02薄膜中Al和Zn的原子个数比为6∶94,此时薄膜的内应力已接近饱和;Al掺杂ZnO薄膜的电阻率随着Al掺入量的增加呈现先减小后增大的特征,(ZnO)0.98(Al2O3)0.02薄膜具有最小的电阻率(7.85×10-4Ω.cm),这归因于该类薄膜同时具有高电子浓度(1.32×1021cm-3)和较高的电子迁移率(6.02 cm2/(V.s)).

热处理对Al掺杂ZnO薄膜晶体结构及光电性能的影响

采用溶胶凝-胶法在普通玻璃衬底上制备了具有c轴择优取向的Al掺杂ZnO透明导电薄膜。实验中将热处理过程分解为预烧、空气退火和真空退火三个部分,研究了各个步骤对于ZAO薄膜晶体结构和光电性能的影响。结果表明,500℃预烧550℃空气退火的薄膜,经过550℃,1×10-2Pa真空退火后,其晶体结构和光电性能达到最佳,电阻率最低达到1.77×10-3Ω.cm,可见光范围内的平均透过率约为85%。

Al掺杂α-Fe_2O_3材料的制备、表征和气敏特性

采用均相沉淀法制备了纯α-Fe2O3(300℃煅烧)和Al掺杂α-Fe2O3(300和400℃煅烧),使用SEM,XRD,ICP和红外光谱等手段进行表征,并利用气敏仪测试无水乙醇和90#汽油在不同条件下对材料的响应性能.结果表明,微量Al掺杂不改变α-Fe2O3材料的物相,但会阻碍晶粒生长,使颗粒变小及Fe2O3晶格间隙中的铁原子数目增多,材料的导电率增大,从而显著提高材料的气敏性能.Al掺杂α-Fe2O3对乙醇的响应性能优于对汽油的响应性能,在乙醇气氛中,材料对湿度仍然不敏感.经400℃煅烧的Al掺杂α-Fe2O3稳定性较好,可作为检测乙醇气体的半导体气敏材料.

Al掺杂对YBaCo_4O_7氧吸附和电输运性能的影响

用固态反应法制备了YBaCo4-xAlxO7（x=0.0,0.1,0.2）样品,研究了从室温-900 ℃范围内Al掺杂对氧吸附/脱附和样品电输运性能的影响.Al掺杂降低了样品在低温区（200-400 ℃）的氧吸附量,提高了样品在高温区（700-900 ℃）的相稳定性.此外,Al掺杂减小了样品的空穴浓度和迁移率,提高了样品的电阻率、塞贝克系数和电导活化能.氧吸附/脱附行为和YBaCo4-xAlxO7 样品的电输运性能密切相关.氧吸附增加了空穴浓度,使电阻率和塞贝克系数同时减小.

Al掺杂锐钛矿型二氧化钛的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下的平面波超软赝势(PWPP)方法,模拟计算了Al掺杂前后锐钛矿相二氧化钛的几何结构、能带结构、态密度分布、光吸收系数等,并与实验结果进行比较。结果表明:高浓度的Al原子掺杂使其禁带宽度变小,光吸收强度显著增强,其电子迁移率、电导率均有所改变。这对半导体内电子和空穴的捕获以及抑制电子/空穴的复合起到了很好的作用。

Al掺杂和空位对ZnO磁性影响的第一性原理研究

Al掺杂和Zn空位在ZnO中或Al掺杂和O空位在ZnO中的磁性来源和机理的认识频有争议.为了解决本问题,本文采用基于自旋密度泛函理论框架下的广义梯度近似(GGA+U)平面波超软赝势方法,用第一性原理对其进行了研究,发现Al掺杂和O空位共存在ZnO中没有磁性;Al掺杂和Zn空位在ZnO中有磁性,并且,磁性来源主要由Zn空位产生的空穴为媒介,使得Zn空位附近O 2p态和Zn 4s态电子交换作用形成的.其次,Al掺杂和Zn空位在ZnO中或Al掺杂和O空位在ZnO中,Al掺杂和Zn空位或O空位相对位置较近时,掺杂体系形成能最低,掺杂和空位越容易,稳定性越高.