溶胶-凝胶法制备Ni掺杂ZnO的结构、光学和磁学性质

使用溶胶-凝胶法制备了Zn_(1-x)Ni_xO(x=0.1%,0.4%,0.7%,1.0%)粉末,研究了样品的结构,光学和磁学性质。X射线衍射表明所有样品都具有纤维锌矿结构,没有发现第二相。随着掺杂量的增加C轴晶格常数变小。紫外可见光吸收谱发现随着掺杂量的增加能隙逐渐变小,说明Ni^(2+)替代了Zn^(2+)。光致发光谱发现在390nm附近出现了由于近带边自由激子复合引起的紫外峰和在460nm为中心宽带深能级发光带组成的由于缺陷(锌填隙和氧填隙)引起的较宽的蓝光。随着掺杂浓度的增加,蓝光强变强,说明缺陷增多增强了蓝光发光。磁化强度测量表明样品具有室温铁磁性,且随着掺杂浓度增加,饱和磁化强度增加。当掺杂量为1.0%时饱和磁化强度最大为0.07626μ_B/Ni。认为样品的室温铁磁性是由于缺陷诱导的。

Ni掺杂ZnO的结构、光学和磁学性质

利用溶胶-凝胶法制备了Zn1-xNixO(x=0.1%,0.4%,0.7%,1.0%)粉末,研究了样品的结构、光学和磁学性质.X射线衍射表明所有样品都具有纤锌矿结构,没有发现第2相.随着掺杂量的增加c轴晶格常数变小.X射线光电子能谱显示样品中的Ni离子处于+2价态.由紫外可见光吸收谱发现,随着掺杂量的增加能隙逐渐变小,证实了Ni2+对Zn2+的替代.由光致发光谱发现,在390 nm附近出现了由于近带边自由激子复合引起的紫外峰和以467 nm为中心宽带深能级发光带组成的由缺陷引起的较宽的蓝光.磁化强度测量表明,样品具有室温铁磁性,且随着掺杂浓度的增加,饱和磁化强度增加.当掺杂量为1.0%时饱和磁化强度最大为0.076μB/Ni.

Ni掺杂对ZnO磁光性能的影响

在掺杂浓度范围为2.78%—6.25%(物质的量分数)时,Ni掺杂ZnO体系吸收光谱分布的实验结果存在争议,目前仍然没有合理的理论解释.为了解决存在的争议,在电子自旋极化状态下,采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,构建不同Ni掺杂量的ZnO超胞模型,分别对模型进行几何结构优化和能量计算.结果表明,Ni掺杂量越大,形成能越高,掺杂越难,体系稳定性越低,掺杂体系带隙越窄,吸收光谱红移越显著.采用LDA(局域密度近似)+U方法调整带隙.结果表明,掺杂体系的铁磁性居里温度能够达到室温以上,磁矩来源于p-d态杂化电子交换作用.Ni掺杂量越高,掺杂体系的磁矩越小.另外还发现Ni原子在ZnO中间隙掺杂时,掺杂体系在紫外光和可见光区的吸收光谱发生蓝移现象.

镍掺杂ZnO的半金属铁磁性质和光学性质的研究

采用基于局域密度泛函理论的第一原理平面波超软膺势法,研究了纯净ZnO和Ni掺杂ZnO后的能带结构、电子态密度以及光学性质,结果表明:Ni掺杂ZnO后存在自旋极化,体系表现出半金属铁磁性质,可以实现自旋极化载流子的注入,并且在可见光区和紫外光区(1.98 eV～5.61 eV)的吸收系数显著提高.

溶胶-凝胶法制备镍掺杂氧化锌粉体

采用溶胶-凝胶法制备出掺Ni（摩尔分数）5%、10%和15%（理论含量）的ZnO粉体。对溶胶进行紫外吸收光谱测试表明,乙酰乙酸乙酯与锌或镍的前躯体在乙醇水溶液中发生了化学修饰作用。利用X射线衍射仪、X射线荧光光谱仪、扫描电子显微镜和多功能物性测量系统研究了试样的微观结构、组成、形貌和磁性能。实验结果表明,ZnO中Ni掺杂的摩尔分数为5%时为单相纤锌矿结构,而Ni掺杂的摩尔分数为10%和15%时出现第二相。掺Ni 5%（摩尔分数）的ZnO粉末试样由5~10μm之间的球形粒子组成,而每个球形粒子又由约100 nm的小粒子聚集而成。在300 K下,掺Ni 5%（摩尔分数）的样品具有顺磁性,而掺Ni 10%（摩尔分数）的样品具有铁磁性。