基于择优掺杂取向研究Y掺杂量对ZnTe电子结构和吸收光谱的影响

Zn Te由于其特有的禁带宽度,光学性质以及可重掺杂等特性,使得众多学者对其进行了系列的相关研究,但关于Y掺杂浓度和掺杂方式对Zn Te性质的影响却鲜有报道.作者采用密度泛函理论框架下的广义梯度近似方法,分别计算了Y在掺杂浓度为1.56at%、3.12at%、4.69at%下Zn Te的几何结构、能带结构、态密度分布、吸收光谱等性质,以及不同掺杂方式对体系的影响.结果表明:在掺杂浓度为3.12at%,掺杂方式不相同时,掺杂原子沿[111]晶向排布的形成能最低,即[111]晶向为择优晶向.当掺杂浓度为4.69at%时,择优晶面为(111)面.若要实现更高浓度的Y掺杂,沿(111)晶面掺杂更容易实现.对于实验而言,更高浓度的Y掺杂,掺杂原子在Zn Te体系中更容易沿(111)晶面进行集中排列. Y掺杂Zn Te后,体系的禁带宽度变大,吸收光谱发生蓝移,对可见光的吸收强度减小.在浓度为3.12at%时禁带宽度最大,蓝移现象最明显,吸收强度最小. Y掺杂后体系变为n型半导体,可以使用这种掺杂方式制作P-N结二极管.

Y掺杂的V基固溶体膜的结构和氢渗透性能

V基固溶体合金具有较高的氢溶解度和氢渗透速率,但氢分离应用存在氢脆和高温内扩散问题。本研究制备了V_(92−x)Fe_(8)Y_(x)、V_(92−x)F_(e)4Pd_(4)Y_(x)(x=0,0.2)合金,探讨Y掺杂(0.2%)对V基固溶体合金结构和氢渗透性能的影响。结果表明:Y掺杂的V基固溶体偏析出第二相,V_(91.8)Fe_(8)Y_(0.2)合金偏析出富Y的Y-V化合物,V_(91.8)Fe_(4)Pd_(4)Y_(0.2)偏析出富Pd的Pd-Y-V化合物相。Y掺杂降低了合金的氢溶解度,提高了抗氢脆性能。V_(91.8)Fe_(4)Pd_(4)Y_(0.2)膜片氢渗透系数为5.93×10^(−8)mol∙m^(−1)∙s^(−1)∙Pa^(−0.5)(723 K),大约是纯Pd膜氢渗透系数的4倍。高温氢渗透持久性测试后(723 K,10 h),V_(92)Fe_(8)和V_(92)Fe_(4)Pd_(4)膜片氢通量均降到0,V91.8Fe4Pd4Y0.2膜片氢通量保持为8.28×10^(−6)mol∙m^(−1)∙s^(−1)。结构分析表明,微量Y掺杂(0.2%)在一定程度上能抑制渗氢过程中Pd膜与V基底互扩散现象,进而改善高温下膜片氢渗透稳定性。

Y掺杂MgZn_(2)稳定性、电子结构和力学性能的第一性原理计算

目的稀土元素Y掺杂是改善7xxx系铝合金断裂韧性的重要途径,然而因其掺杂量极低,通过实验很难测定微量Y对7xxx系铝合金析出相及强韧机制产生的作用,限制了7xxx系铝合金的进一步发展。采用第一性原理计算方法探究Y掺杂对7xxx系铝合金中重要析出相MgZn_(2)的影响机理,为7xxx系铝合金的微合金化强韧机理研究提供理论依据。方法构建适于第一性原理计算、Mg/Zn的原子数分数比为1∶2的晶体模型,Y原子通过替换Mg或Zn原子的方式进行掺杂,通过能量计算、电子计算和弹性常数计算等分析Y掺杂对MgZn_(2)能量稳定性、电子结构和力学性能的影响机理。结果经Y掺杂后,形成3种固溶体Mg_(3)Zn_(8)Y、Mg_(4)Zn_(7)Y-1和Mg_(4)Zn_(7)Y-2,它们的形成热均小于0,即它们均可自发形成且稳定存在。通过结合能计算发现,3种固溶体的结合能都小于MgZn_(2)的结合能,说明Y掺杂促进了MgZn_(2)的稳定性。通过电子结构分析发现,Y掺杂后与Mg、Zn原子形成强的共价键,增强了体系的稳定性,Mg-Zn原子间形成了强离子键,MgZn_(2)中Zn-Zn原子间的共价键变为强离子键。力学性能计算结果表明,经Y掺杂后MgZn_(2)的硬度降低、韧性上升,即Y掺杂增强了7xxx系铝合金中重要弥散析出相MgZn_(2)的韧性,从而提升了7xxx系铝合金的断裂韧性和抗疲劳能力。结论基于计算结果分析得出,Y掺杂提升了MgZn_(2)的稳定性、键合强度和断裂韧性,相关计算分析为微量Y掺杂增强7xxx系铝合金断裂韧性的实验分析提供了指导。

稀土Y掺杂非晶态纳米Ni(OH)_2的结构及其电化学性能研究

以Tween-80/n-C4H9OH/c-C6H12/NiSO4水溶液体系,采用微乳液快速冷冻沉淀法制备出稀土Y掺杂非晶态纳米级氢氧化镍粉体材料。采用XRD、SAED、SEM、TEM、EDS、Raman、IR,粒度分析和比表面等测试方法对所制备的粉体进行了结构形态表征,并对其充放电性能和交流阻抗谱进行测试。结果发现,适量稀土元素Y的掺入使非晶态纳米氢氧化镍的结构缺陷增多、无序性增强,平均粒度减小、比表面积增大,有利于降低其溶液电阻、电荷转移电阻和Warburg阻抗,从而提高其放电比容量。样品作为MH-Ni电池正极材料以0.2C充放电,终止电压为1.0V,当掺杂Y的质量分数为4%时,放电比容量达到333.3mAh/g。

热处理条件和Y掺杂对VO2粉体结构及相变温度的影响

以水热合成法制备VO2粉体,研究热处理条件和Y掺杂对VO2结构及相变温度的影响。XRD、SEM和TEM结果表明:热处理温度对VO2前驱体的晶型转变影响显著,升高温度,有助于VO2(B)向VO2(M)转变。Y掺杂对VO2结构产生影响,Y^3+可以占据V^4+晶格点阵位置,形成YVO4固溶体,从而增大VO2的晶胞参数。Y掺杂导致的晶格变形能阻止颗粒的聚集,因此,Y掺杂具有一定的细化晶粒作用。DSC曲线表明,Y掺杂可以降低VO2(M)的相变温度,当Y掺杂浓度为9%(摩尔分数)时,相变温度可由未掺杂的68.3℃降低到61.3℃。

SO_2和H_2O对Y掺杂Mn/TiO_2选择性脱除NO的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Y掺杂的TiO2载体,负载硝酸锰构成了Y掺杂的Mn-Y/TiO2催化剂。考察了焙烧温度、空速对其催化还原NO性能的影响,并对催化剂的抗SO2、H2O毒化性能进行了考察。结果表明,催化剂的最佳焙烧温度为500℃,催化剂的活性随空速的降低而升高,XRD分析Y掺杂抑制了锐钛矿晶相的转移,有利于催化剂活性组分的分散,从而提高催化剂的活性。Mn-Y/TiO2的抗毒化性能优于Mn/TiO2,在反应温度180℃、空速14000 h-1、氧含量为3%、NO浓度600?L/L及NH3/NO为1的条件下,同时通入200 L/L SO2和4%H2O,NO转化率从非掺杂的Mn/TiO2的48.2%上升到57.6%,Y掺杂提高了催化剂的抗毒化能力;FTIR分析表明催化剂中毒是由于生成了铵的硫酸盐或者锰、钇的硫酸盐。

基于第一性原理研究Y掺杂锐钛矿TiO2的磁光性质

建立了未掺杂和三种Y掺杂量的锐钛矿TiO2模型,基于第一性原理方法,对各个模型的形成能、磁性、电子结构及吸收光谱进行了计算.结果表明:掺入锐钛矿晶格的不同Y原子之间没有团簇趋势;Y掺杂量越大,实现掺杂所需的能量越高;Y掺杂的锐钛矿体系具有铁磁性,因而晶格中的自旋能级分裂效应能降低锐钛矿的带隙宽度,但当Y掺杂量升高时,这种影响显著减弱;随着Y掺杂量增加,弱束缚的O-2p态电子浓度增加,导致价带顶的O-2p态跨越费米能级,使得带隙值减小,进而提高了改性锐钛矿TiO2对可见光的吸收系数.

溶胶-凝胶法制备Y掺杂ZnO薄膜及其光电性能研究

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了不同掺Y浓度的ZnO透明导电薄膜。X射线衍射(XRD)表明,所制备的Y掺杂ZnO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有C轴择优取向。随着Y掺杂浓度的升高,(002)峰向低角度方向移动。UV透射曲线表明,薄膜在可见光区(400～800nm)的平均透过率超过85%,具有明显的紫外吸收边,通过改变Y的掺入浓度,可以使吸收边向短波方向移动,从而使薄膜的禁带宽度可调。制备的Y掺杂ZnO薄膜电阻率最小值为3.68×102Ω·cm。

燃烧法制备的Y掺杂ZnO纳米片的气敏性能（英文）

以硝酸锌和酒石酸为原料,采用液体燃烧法制备钇(Y)掺杂的氧化锌纳米片。利用XRD和SEM对其微观结构进行表征,并研究Y掺杂量对ZnO气敏性能的影响。结果表明:所制备的ZnO为纤锌矿结构且表面粗糙,呈纳米片状,直径为20~100nm。以Y掺杂量为2%(摩尔分数)的氧化锌制成的传感器在300℃时对体积分数为100×10^(-6)的乙醇的灵敏度高达17.50,其最佳工作温度(300℃)低于未掺杂ZnO(330℃)。当乙醇气体的体积分数低至5×10^(-6)时,ZnO传感器也有明显的灵敏度值(约为2.5),且在300℃工作时响应时间仅为2s。相比于其他气体,该种传感器对乙醇表现出极好的选择性。

静电纺丝法制备Y掺杂ZnO纳米材料及其光催化性能

通过调节前驱液组分,使用电纺丝法和焙烧工艺,制备Y掺杂ZnO纳米颗粒,采用透射电子显微镜、X射线衍射、光致发光光谱、N_2吸附-脱附和XPS等进行表征。结果表明,Y掺杂ZnO材料具有明显的球形结构,与纯ZnO相比,纳米粒径更小,结构更疏松,具有较大的比表面积,晶体材料的禁带宽度相应变窄。光催化污染物降解实验表明,Y掺杂ZnO能够提高ZnO材料的光催化性能,Y掺杂物质的量分数为0.25%时,光催化降解性能最好,表明Y掺杂是一种有效提高ZnO材料光催化性能的改性手段。

Y掺杂的ZnO纳米纤维材料的制备及其气敏传感器作用机理(英文)

采用静电纺丝法成功制备了Y掺杂的ZnO纳米纤维.并通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)能量色散X射线(EDX),透射电子显微镜(TEM)以及热重差热分析(TG-DTA)等手段对样品的结构和形貌进行了表征分析.同时用纯的ZnO和Y掺杂的ZnO纳米纤维制备了传感器,对浓度为(1-200)×10^(-6)(体积分数)丙酮的气敏特性进行了测试分析.测试结果表明,可以通过简单控制纳米纤维中Y的含量,来微调该传感器的气敏特性.同时也发现通过Y掺杂,ZnO纳米纤维对丙酮的气敏特性有所改善,表现出很高的响应.纯ZnO和Y掺杂ZnO制成的传感器对几种潜在干扰气体表现出良好的选择性,比如氨气、苯、甲醛、甲苯以及甲醇.本文最后也讨论了该传感器的气敏作用机理.

Y掺杂ZnO最小光学带隙和吸收光谱的第一性原理研究

对于Y掺杂ZnO,当摩尔数在0.0313-0.0625之内,Y掺杂量越增加,吸收光谱发生红移和蓝移两种不同实验结果均有文献报道.本文使用Materials Studio软件下的CASTEP模块中密度泛函理论的第一性原理平面波模守恒(Norm conserving)赝势GGA+U的方法,构建了未掺杂纤锌矿ZnO单胞以及Y掺杂ZnO的Zn_(0.9687)Y_(0.0313)O超胞、Zn_(0.9583)Y_(0.0417)O超胞和Zn_(0.9375)Y_(0.0625)O超胞模型.对掺杂前后体系的能带结构、态密度、差分电荷密度、布居值以及吸收光谱进行了计算.计算结果表明:当Y掺杂摩尔数在0.0313-0.0625之内,Y掺杂量越增加,掺杂体系的晶格常数、体积、总能量越增大,掺杂体系越不稳定、形成能越增大、掺杂越难;掺杂体系中平行于和垂直于c轴的Y-O键布居值越减小、离子键越增强、共价键越减弱、键长越变长;掺杂体系的最小光学带隙越变宽、吸收光谱发生蓝移现象越明显.吸收光谱的计算结果与实验结果相符合,合理解释了吸收光谱红移、蓝移的争论.这对制备Y掺杂ZnO短波长光学器件能起到一定的理论指导作用.

超声波功率和pH值对Y掺杂纳米Ni(OH)_2结构与性能的影响

采用超声波沉淀法制备了Y掺杂纳米Ni(OH)2,研究了超声波功率和溶液pH值对材料结构、粒径及电化学性能的影响。结果表明,不同超声波功率制备的样品均为α和β混合相结构,其中α-Ni(OH)2的比例随功率增大先增加后减少,粒径随功率增大先减小后增大。溶液pH值对Ni(OH)2晶相形成起重要作用,较低的pH值有利于α-Ni(OH)2生成,晶粒粒径随pH值增大而增大,但pH值对电极反应的可逆性影响不大。将样品以8%(质量分数)与工业用微米级球镍混合制成复合电极,其电极的放电比容量随功率增大先提高后下降。功率为60W,pH值为9的样品,其相应电极的充电效率最高,放电比容量最大,0.5C倍率下高达358mAh/g。

高比表面积Y掺杂Al2O3气凝胶制备及Y的作用机制

以Al(NO3)3、Y(NO3)3的水合物为前驱体,结合溶胶-凝胶法和超临界干燥方式,制备Y掺杂Al2O3气凝胶。研究气凝胶经热处理后的比表面积、晶相、微观形貌及气凝胶中Y元素分布形式的变化规律,并分析Y对气凝胶热稳定性的作用机制。结果表明:制备的Y掺杂Al2O3气凝胶具有较高的初始比表面积(483 m2/g),在高温下具有较高的比表面积保留(1200℃处理后仍有80 m2/g)。Y元素在Al2O3气凝胶中均匀分布,抑制了高温下Al3+的扩散和重排,经1200~1300℃热处理后,Y元素由均匀分布转变为非均匀分布,在Al2O3颗粒表面生成Y和Al的化合物,能够进一步减少颗粒间的颈部接触,抑制烧结和相变。经1300℃热处理后,由于Y和Al的化合物本身比表面积较低,气凝胶总的比表面积发生显著下降。

Ba和Y掺杂对Ca_3Co_4O_9热电性能的影响

采用固态反应法制备了Ca_(3-x)Ba_xCo_4O_9(0.00≤x≤0.20)和Ca_(3-y)Y_yCo_4O_9(0.00≤y≤0.20)热电材料.X射线衍射(XRD)分析结果表明,对于Ba掺杂和Y掺杂,在掺杂范围内,样品为单一的Ca_3Co_4O_9相.在室温至1000K的范围内样品的电阻率和Seebeck系数测量结果显示,用Ba^(2+)替代Ca^(2+)时,随着x的增加,电阻率逐渐减小、Seebeck系数几乎不变;用Y3+替代Ca2+时,Seebeck系数随着y的增加逐渐增大、而电阻率在x等于0.025时最小.当T=1000K时,样品Ca_(2.95_Ba_(0.05)Co_4O_9和Ca_(2.97)5Y_(0.025)Co_4O_9的功率因子与Ca_3Co_4O_9相比都明显提高.

Y掺杂Si纳米线的光致发光特性

以n型单晶Si(111)为衬底,利用Au作为催化剂,在温度、N2流量和生长时间分别为1 100℃,1.5L·min-1和60min的条件下,基于固-液-固生长机制,生长了直径为60~80nm、长度为数十微米的高密度Si纳米线。随后,以Y_2O_3粉末为掺杂源,采用高温扩散方法对Si纳米线进行了钇(Y)掺杂。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和荧光分光光度计对不同掺杂温度(900~1 200℃)、掺杂时间(15~60min)和N2流量(0~400sccm)等工艺条件下制备的Y掺杂Si纳米线的形貌、成分、结晶取向以及激发光谱和发射光谱特性进行了详细的测量和表征。结果表明,在掺杂温度为1 100℃,N2流量为200sccm、掺杂时间为30min和激发波长为214nm时,Y掺杂Si纳米线样品表现出较好的发光特性。样品分别在470~500和560~600nm范围内出现了两条发光谱带。560~600nm的发光带由两个发光峰组成,峰位分别为573.6和583.8nm,通过结构分析可以推测,这两个发光峰是由Y3+在Si纳米线的带隙中引入的杂质能级引起的。而470~500nm较宽的发光带同样来源于Y离子在Si纳米线带隙中引入的与非晶SiOx壳层中氧空位能级十分接近的杂质能级。

缺陷态对Y掺杂BaZrO_3的质子导电性的影响

核能是一种新型能源,其开发和利用对氢同位素分离和纯化提出了迫切要求.BaZrO_3基钙钛矿氧化物是一种有效分离纯化氢同位素的材料,本文采用高温固相法制备了BaZr_(1-x)Y_xO_(3-δ)(0≤x≤0.3)系列样品,射线衍射光谱分析表明Y的最大掺杂浓度在0.24—0.26之间.在600?C干燥氢气气氛下,由电化学阻抗谱测试可知,掺20 mol%Y的BaZr_(1-x)Y_xO_(3-δ)样品电导率可达σ=0.00150 S/m,较BaZrO_3基质材料的电导率高接近两个数量级.利用热释光谱和发射光谱研究了系列样品缺陷类型,结果表明BaZrO_3基质材料存在两种对质子传导有利的氧空位(VO);当掺入Y后,除氧空位之外,样品还出现了带负电的质子俘获型缺陷Y′′_(Zr),且Y'_(Zr)缺陷的数量随着Y掺杂浓度增加而增多;同时出现了缺陷陷阱深度变浅导致对质子俘获能力降低的现象,有利于提高质子导电性.本文通过发射光谱和热释光谱相结合,有效地研究了BaZr_(1-x)Y_xO(3-δ)材料的缺陷类型.

柠檬酸盐燃烧法制备In、Y掺杂的BaCeO_3材料

本文采用柠檬酸盐燃烧法制备BaCeO_3及In、Y掺杂的BaCeO_3。采用X射线粉末衍射仪对材料的物相进行了表征。结果表明,未进行掺杂的BaCeO_3需经1100℃烧结才能得到纯相的BaCeO_3材料。In掺杂的BaCeO_3需经1000℃烧结才能得到结晶性良好的纯相BaCeO_3。而Y掺杂的BaCeO_3和In、Y双掺的BaCeO_3经900℃烧结就能得到纯相、高结晶度的BaCeO_3,且不生成其他杂相。因此,In、Y掺杂能有效降低BaCeO_3的合成温度。

Y掺杂BaZrO_3纳米管阵列的制备和光致发光性能

以阳极氧化制备的ZrO2纳米管阵列为模板,采用水热法合成了不同量Y掺杂的BaZrO3纳米管阵列薄膜。通过TEM、XRD和SEM等方法对样品进行了表征。结果表明,样品薄膜均由纳米管组成,管壁光滑均匀。Y3+掺杂进入BaZrO3晶格中,产物具有立方钙钛矿型结构。不同掺杂量的纳米管阵列在400 nm光激发下发出波长为454 nm的蓝光和530 nm的绿光,并且在Y掺杂量小于5 mol%范围内,随着Y掺杂量的增加发光强度逐渐增强。