Zn掺杂β-Ga_2O_3薄膜的制备和特性研究(英文)

β-Ga2O3是一种宽带隙半导体材料,能带宽度Eg≈5.0eV,在光学和光电子学领域有广泛的应用.用射频磁控溅射方法在Si衬底和远紫外光学石英玻璃衬底制备了本征β-Ga2O3薄膜及Zn掺杂β-Ga2O3薄膜,用紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪、荧光分光光度计对本征β-Ga2O3薄膜及Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的光学透过、光学吸收、结构和光致发光进行了测量,研究了Zn掺杂和热退火对薄膜结构和光学性质的影响.退火后的β-Ga2O3薄膜为多晶结构,与本征β-Ga2O3薄膜相比,Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的β-Ga2O3(111)衍射峰强度变小,结晶性变差,衍射峰位从35.69°减小至35.66°.退火后的Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的光学带隙变窄,光学透过降低,光学吸收增强,出现了近边吸收,薄膜的紫外、蓝光及绿光发射增强.表明退火后Zn掺杂β-Ga2O3薄膜中的Zn原子被激活充当受主.

Zn^(2+)、Cr^(3+)掺杂对水热合成纳米CoAl_2O_4尖晶石色料的影响

以CoCl2·6H2O、ZnCl2、AlCl3和CrCl3·6H2O为原料,采用水热法合成了CoAl2O4(AB2O4)尖晶石型纳米钴蓝色料.采用色度分析、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)以及高分辨透射电镜(HRTEM)等研究了A位掺杂Zn2+和B位掺杂Cr3+时不同掺杂量以及不同水热合成温度对样品呈色、晶相组成及CoAl2O4尖晶石的晶粒大小、发育程度和晶面间距的影响.结果表明,掺杂Zn2+、Cr3+所得固溶体型钴蓝色料晶粒发育均不完整,颗粒较于相同水热条件下获得的未掺杂样品更细小.A位掺杂Zn2+可降低CoAl2O4色料的合成温度,在230℃便能制得呈色较佳的Co0.95Zn0.05Al2O4钴蓝色料.随着Zn2+掺杂量的增加,合成产物由蓝色转为绿色,且呈色逐渐变浅.B位Cr3+掺杂则随着掺杂量的增加,产物从蓝色逐步转为绿色,但呈色逐渐变深.就两者相比较,A位掺杂Zn2+更有利于色料明度值的提高而呈色鲜亮.

Ti掺杂β-Ga_2O_3电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,研究了Ti掺杂β-Ga2O3系统的电子结构和光学性质。计算结果表明,Ti替代八面体的Ga(2)时系统形成能最低,容易在实验上合成;Ti掺杂在导带底附近引入了浅施主能级,极大地提高了β-Ga2O3系统的导电性。Ti掺杂时稳定体系倾向于自旋极化态,且费米面处自旋极化率接近100%。光学性质的计算结果显示,Ti掺杂β-Ga2O3是极具潜力的n型紫外透明的半导体。

Li^+,Zn^(2+)共掺杂对Gd_2O_3:Eu^(3+)纳米粉结构和发光性能的影响

采用燃烧法制备出Li+,Zn2+掺杂的Gd2O3∶Eu3+纳米荧光粉,研究了掺杂离子对Gd2O3∶Eu3+的结晶性能、晶粒形貌和光致发光特性的影响。以X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、发射光谱和衰减时间谱等手段表征材料性能。结果表明,Li+,Zn2+掺杂可显著提高Gd2O3∶Eu3+纳米粉在611 nm处的发光强度,最大可达到未掺杂时的2.5倍。发光增强的主要原因可归结为3个方面:(1)使晶粒由单斜相向更利于发光的立方相转变;(2)氧空位的敏化剂作用;(3)掺杂离子的助熔剂效应,使晶粒的结晶性能提高、粒径增大,从而降低表面态引起的发光猝灭。

β-Ga_2O_3及Cr掺杂β-Ga_2O_3电子结构的第一性原理计算

运用第一性原理密度泛函理论(DFT)计算了不同交换关联势下单斜晶系β-Ga2O3的总能量、晶格常数、总态密度、分波态密度及能带结构。理论计算结果表明:单斜晶系β-Ga2O3在局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)下的晶格常数和带隙与实验值基本相符,其中LDA近似得到的晶格常数与实验值更接近;β-Ga2O3比六方晶系结构的α-Ga2O3更加稳定,但带隙比α-Ga2O3略小;Cr掺杂导致β-Ga2O3禁带宽度变小,费米能级处的态密度不为零,即变为半金属。

Bi_2O_3-MoO_3复合掺杂对NiCuZn铁氧体烧结特性和磁性能的影响

研究了采用Bi2O3-MoO3复合掺杂的方式来降低NiCuZn铁氧体的烧结温度及提高电磁性能。结果表明:适量的Bi2O3-MoO3复合掺杂,可在900℃烧结,起始磁导率μi>800,适用于高感量、小尺寸片式感性器件的制备。

Cu掺杂β-Ga_2O_3电子结构和磁学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理方法,结合广义梯度近似研究了Cu掺杂β-Ga2O3系统的磁学特性。计算结果表明,单Cu的掺杂,稳定体系倾向于自旋极化态,且Cu替代八面体的Ga(B)时系统更稳定,容易在实验上形成;Cu掺杂β-Ga2O3呈现出半金属特性,Cu的掺杂引入了2.0μB磁矩,其中局域在Cu原子上的磁矩为0.45μB,其余主要来自于Cu杂质周围的氧原子。由于电荷补偿效应,在Cu掺杂β-Ga2O3系统中引入氧空位时,体系磁矩减小到零。在2个Cu取代Ga的10种构型中,A1-B3构型的能量最低,且显示出铁磁性,磁矩为3.8μB。考虑氧空位后,A1-B3构型的反铁磁性和铁磁性能量差增大,磁矩减小到1.0μB。

Mg单原子替位掺杂β-Ga_2O_3的电子结构和光学性质计算研究

宽禁带半导体β-Ga2O3因其出色的物理化学性能而备受关注,通过掺杂改善β-Ga2O3性能一直是研究的热点。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,利用广义梯度近似加U对Mg单原子掺杂β-Ga2O3体系的晶体结构、电子结构和光学性质等进行了研究和分析。总能量和结合能的对比显示:单原子替位掺杂β-Ga2O3时,Mg优先替代八面体位的Ga原子形成Mg-GaO体系。电子结构显示,Mg-GaO体系变为间接半导体,带隙变窄为4.672eV;其自旋极化率为100%,呈现半金属特性。作为光学材料,Mg-GaO体系可在紫外、深紫外区域工作,并且折射率、反射率和吸收率有所降低,透射率明显提高。

Bi掺杂O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)钠离子电池层状正极材料的制备与储钠性能

O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)拥有高理论比容量且易于制备,是商业钠离子(Na+)电池的首选正极材料之一,但其循环稳定性仍面临挑战。利用Bi对NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)进行改性。研究发现,Bi的引入可以在晶粒生长过程中通过调节表面能实现晶粒细化,并且Bi的掺杂增加了层状正极材料的晶胞参数,为Na+提供了宽的扩散通道,提高了Na+的扩散能力,优化了Na^(+)在脱嵌过程中的可逆性。改性后的NaNi_(0.495)Mn_(0.5)Bi_(0.005)O_(2)实现了在2.0~4.0 V的电势区间内0.2 C倍率下的可逆容量为138.1 mAh/g,在5 C倍率下循环100圈后容量保持率可以达到97%。

Co_2O_3掺杂0.85PZT-0.15PZN压电陶瓷的性能

研究了添加Co2O3对0．85PZT-0．15PZN陶瓷的压电和介电性能的影响．研究结果表明：随着Co2O3掺杂量从0增加到0．4％，介电损耗因子tanδ大幅降低，同时压电常数d33和介电常数εr降低．当添加质量分数为0．4％的Co2O3时，tanδ，d33,εr分别由未掺杂时的0．024，360pC／N，1100降低到0．003，220pC／N，600．当添加Co2O3超过0．4％时，d33,εr，tanδ的下降趋于平缓；当添加Co2O3超过0．7％时，陶瓷的漏电流增加，难以极化．实验发现，添加质量分数为0．4％的Co2O3比未掺杂陶瓷的烧成温度降低了近100℃，并且形成了晶粒尺度在1．0～2．5μm均匀致密的陶瓷．

Sm^3＋掺杂Co0．6Zn0．4Ni0．8Fe1．2O4红外辐射陶瓷材料的研究

用常规固相合成法成功地制备出Sm^(3+)掺杂Co_(0.6)Zn_(0.4)Ni_(0.8)Fe_(1.2)O_4红外辐射陶瓷材料,并通过XRD、FT-IR和IRE-2型红外发射率测量仪测试了材料的微观结构,分析了材料的结构特征与红外辐射性能的关系,发现Sm^(3+)的掺杂导致Sm^(3+)以一定的配位形式进入Co_(0.6)Zn_(0.4)Ni_(0.8)Fe_(1.2)O_4体系中,并形成了有限置换型固溶体结构。数据分析可知,Sm^(3+)掺杂浓度对材料的红外辐射性能存在一定的影响,样品Sm0.1在全波段的积分发射率为0.74,而在>8μm波段的平均发射率最高值可达0.94。

Cr_2O_3掺杂对ZnO陶瓷薄膜低压压敏性能的影响

为了制备高性能ZnO陶瓷薄膜低压压敏电阻器 ,利用新型Sol Gel方法研究了Cr2 O3 掺杂对ZnO陶瓷薄膜低压压敏性能的影响 .复合先驱体溶液由Bi2 O3 ,Sb2 O3 ,MnO及Cr2 O3 掺杂的ZnO纳米粉体均匀分散于含有Zn(CH3 COO) 2 ,Bi2 O3 ,Sb2 O3 ,MnO及Cr2 O3 的溶胶中制成 .研究结果表明 :利用新型Sol Gel方法制备的ZnO陶瓷薄膜中 ,ZnCr2 O4相在较低的Cr2 O3 添加量时出现 ,当Cr2 O3 的摩尔分数为 0 .75 %时 ,ZnO陶瓷薄膜的非线性系数α为 7,压敏电压为 6V ,漏电流密度为 0 .7μA/mm2 .

ZnO含量对Tb^(3+)掺杂ZnO-B_2O_3-SiO_2玻璃余辉性能及光致变色的影响

选择制备了Tb_(3+)掺杂的不同ZnO含量、组成为xZnO-[(100-x)/2]B_2O_3-[(100-x)/2]SiO_2(x=55,60,65,70)的ZBS玻璃。并通过光致发光光谱、余辉衰减曲线、热释光谱以及紫外-可见吸收光谱系统地研究了该玻璃系统的余辉发光特性和光致变色现象。随着ZnO含量的增加,基质玻璃中Tb^(3+)的~5D_4→~7F_5跃迁对应的余辉发光强度增大、其寿命变长。热释光谱表明ZnO含量的提高没有形成新的陷阱,而是增加了陷阶的浓度导致余辉寿命增长。光致变色实验发现:不同样品在紫外照射后其变色程度随ZnO含量增加而增加。玻璃的变色主要由色心引起,本研究中ZnO含量的增加使玻璃基质中Zn离子相关的氧空位浓度增大,从而在紫外光照射后,具有不同陷阱能级深度的色心浓度也相应增加,最终导致了所观察到的余辉特性和光致变色特性的变化结果。另外,通过对不同温度热处理后样品的透过率变化实验分析认为,陷观能级浅的色心对长余辉有贡献,能级深的将稳定存在于基质中,并对光致变色有较大贡献。

纳米(ZnO,Al_2O_3)复合掺杂对3Y_2O_3-ZrO_2材料电性能的影响

以 3Y2 O3-ZrO2 纳米粉和ZnO ,Al2 O3纳米粉为原料 ,采用交流阻抗谱技术对掺少量ZnO和Al2 O3的 3Y2 O3-ZrO2 烧结陶瓷进行电性能研究。研究表明 :少量纳米ZnO掺杂降低了 3Y2 O3-ZrO2 的电导率 ,但随着掺入量的增加 ,电导率开始回升。在ZnO掺杂样品中加入少量纳米Al2 O3进行复合第二相掺杂 ,结果提高了3Y2 O3-ZrO2 材料的电导率。同时少量Al2 O3的掺入降低了晶粒电导活化能 。

Zn、Ni掺杂对制备纳米α-Fe_2O_3的影响研究

以氯化铁为原料,采用液相催化相转化法,合成了Zn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）掺杂的α-Fe2O3纳米颗粒,并采用XRD、TEM对产物进行表征。结果表明：pH=9制备反应前驱物,[Fe（Ⅱ）]/[Fe（Ⅲ）]=0.02,反应过程中反应体系的pH值随时间的延长先增大后减小;当掺杂的浓度在0.5×10-4~1.0×10-2mol/L范围内,所得纳米颗粒为α-Fe2O3,且掺杂能使产物粒径减小。

Bi_2O_3掺杂对NiCuZn铁氧体材料磁性能的影响

采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备Ni0.2Cu0.2Zn0.6Fe2O4铁氧体材料。基于低温共烧铁氧体(LTCF)技术的要求,研究了掺杂Bi2O3对NiCuZn铁氧体材料的微结构和电磁性能的影响。结果表明,采用溶胶-凝胶法制备的NiCuZn材料,通过掺杂Bi2O3助烧剂,880℃低温烧结4h,已经生成所要的尖晶石相铁氧体;SEM显示随着Bi2O3的加入,NiCuZn铁氧体晶粒逐渐变大,生长均匀。在磁性能方面,添加3wt%Bi2O3时饱和磁化强度达到了77.03 A·m2/kg。Bi2O3在促进NiCuZn铁氧体烧结的同时,增大了材料的磁导率。

掺杂ZnO-B_2O_3低温烧结BiNbO_4介质陶瓷的研究

研究了烧结助剂ZnO-B2O3对BiNbO4陶瓷烧结特性及介电性能的影响。结果表明:ZnO-B2O3形成晶界玻璃相存在于晶粒之间,促进烧结,大幅度降低BiNbO4陶瓷的烧结温度,促使瓷体晶粒尺寸均匀和致密;但ZB的质量分数大于3％,阻碍晶粒长大,破坏晶体结构和排列,导致材料的缺陷和本征损耗增加,从而降低材料的介电性能。ZnO-B2O3的掺杂量以1％为最佳,在880℃保温4h,可达到97％理论密度,在100MHz测试频率下,εr=42,tanδ<1.5×10-3。

ZrO_2掺杂对Ba(Zn_(1/3)Ta_(2/3))O_3陶瓷介电性能的影响

采用固相反应烧结法制备了ZrO2掺杂的Ba(Zn1/3Ta2/3)O3微波介质陶瓷,研究了陶瓷的烧结特性和介电性能。结果表明,ZrO2掺杂能有效降低Ba(Zn1/3Ta2/3)O3陶瓷的烧结温度,改善陶瓷的微波介电性能。当x(ZrO2)=4%时,Ba(Zn1/3Ta2/3)O3陶瓷致密化烧结温度由纯相时的1 600℃降至1 300℃,同时陶瓷材料的微波介电性能达到最佳值,即介电常数εr=34.79,品质因数与频率的乘积Q×f=148 000(8GHz),谐振频率温度系数τf=0.3×10-6/℃。

Zn掺杂In_2O_3的水热法制备及其光催化与电化学性能研究

通过水热法制备了Zn掺杂的In_2O_3,并研究了其光催化与电化学性能.研究发现,Zn掺杂In_2O_3在紫外光下具有优异的光催化活性和稳定性,在6 h内其对亚甲基蓝溶液的催化降解率达到97.8%,并且经过3次循环催化实验后催化降解率仍能达到92%.以Zn掺杂In_2O_3作为锂离子电池阴极材料对其电化学性能进行研究,结果显示其具有优异的电化学性能,在0.1 C倍率下首次充电容量和首次放电容量分别达到926.3 mAh/g和802.9 mAh/g.

水热法制备Eu^(3+)掺杂β-Ga_2O_3粉体的结构及性能

采用水热法制备了Eu3+掺杂的β-Ga2O3粉体,利用X射线粉末衍射、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱和发光光谱等测试手段对其物相、形貌和发光性能等进行了研究。结果表明:所得样品为单斜晶系的β-Ga2O3;在波长为325 nm的He-Cd激光器激发下,发射光谱的最强峰位于612 nm,属于Eu3+的5D0→7F2电偶极跃迁;在模拟太阳光照射下,样品对甲基橙具有较高的光催化降解率,经过2 h后,甲基橙的降解率可达到75%。