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ZnO基复合材料的改性研究

作　者: 于斌
导　师: 胡经国; 许小勇
学　校: 扬州大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: ZnO 复合材料 磁光特性 性能改善
分类号: TN304.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 23次
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内容摘要


氧化锌(ZnO)作为一种具有优良光电特性的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体材料,它的禁带宽度为3.37eV,激子束缚能为60meV,在光、电学和磁学等方面具有广阔的应用前景。第一、ZnO激子束缚能远高于室温热能(26meV),室温下激子发射性能好,在紫外激光器应用方面有良好的应用前景。第二、ZnO基稀磁半导体材料,可能具有高于室温的居里温度(Tc),有希望成为新一代信息处理和存储领域的重要材料。第三、ZnO具有出色的光催化活性,作为一种光催化材料,可以用于降解有机染料和污水治理。由于ZnO的这些优异的性质,使其具有广泛的用途和良好的潜在应用前景。围绕着这些背景我们开展了以下工作。(1)氧化镁包裹氧化锌由两步水热法合成。本文对纯氧化锌和氧化镁包裹的氧化锌的发光激发依赖性进行了研究。我们发现氧化镁包裹后改变了样品的表面缺陷态,明显减弱了绿光强度,且紫外光强度显著提高。此外,我们发现了紫光和紫外光随着激发波长增强发光强度一致增强,而蓝光和绿光发光强度很可能已经处于饱和状态,与激发波长无明显依赖关系。这一现象可以用跃迁机制来解释,这表明激发调控也可以用来进一步提高紫外发射效率。(2)本文通过一种简单的溶胶凝胶法合成了不同铜浓度掺杂的氧化锌纳米颗粒(Zn1-xCuxO,x=0.0-3.5%),并详细研究了其相关的光学和磁性能。我们采用X射线衍射、紫外可见近红外分光光度计和光致发光谱来证明铜离子进入氧化锌晶格结构中,且当铜浓度小于2%时始终没有形成杂质相,保持六角纤锌矿结构。进一步分析时我们发现替位性的铜掺杂导致了能带隙的降低,而且出现了结构性的绿光发射。磁性测量表明铜掺杂浓度小于1%时增强了样品的铁磁性,但是铜掺杂浓度增高时由于相邻的铜离子间形成了反铁磁耦合使铁磁性有一个大的减弱。(3)我们使用一种简单的两步水热合成方法制备了ZnO包裹的Fe304纳米颗粒。在包裹ZnO时通过使用不同的溶剂,获得了不同形貌的ZnO和Fe304结合方式。我们使用了透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强计(VSM)分别对样品的形貌、晶格结构和磁性进行了测量。这种形式ZnO包裹的Fe304纳米颗粒可以用来降解有机染料和污水处理。但是要想在生物诊疗上有进一步的应用,还需要寻找新的方法合成尺寸更小的Fe304纳米颗粒。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
第一章 绪论  7-23
  §1.1 引言  7-8
  §1.2 氧化锌的结构与性质  8-12
  §1.3 ZnO材料的磁光性能与应用  12-14
    §1.3.1 紫外激光器  12
    §1.3.2 太阳能电池  12-13
    §1.3.3 光催化  13-14
    §1.3.4 磁存储、磁记录  14
  §1.4 氧化锌材料磁光特性研究  14-17
    §1.4.1 氧化锌包裹后的发光特性研究  14-15
    §1.4.2 氧化锌掺杂、包裹磁特性研究  15-17
  §1.5 本论文的研究意义和主要内容  17-18
  参考文献  18-23
第二章 实验仪器及表征测试方法  23-27
  §2.1 实验仪器  23-24
    §2.1.1 水热(溶剂)热样品的制备  23-24
    §2.1.2 ZnO掺杂纳米粉末材料的制备  24
  §2.2 表征测试方法  24-27
    §2.2.1 X射线衍射  24-25
    §2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)  25
    §2.2.3 能量色散X射线光谱仪(EDX)  25
    §2.2.4 光致发光光谱(PL)  25-26
    §2.2.5 紫外-可见光吸收谱(UV-Vis)  26
    §2.2.6 振动样品磁强计(VSM)  26-27
第三章 氧化锌表面包裹氧化镁发光的激发依赖性  27-33
  §3.1 引言  27
  §3.2 实验步骤  27-28
  §3.3 结果与讨论  28-31
  §3.4 结论  31
  参考文献  31-33
第四章 溶胶凝胶法制备氧化锌掺铜粉末的磁光特性  33-40
  §4.1 引言  33
  §4.2 实验步骤  33-34
  §4.3 结果与讨论  34-36
  §4.4 结论  36-37
  参考文献  37-40
第五章 Fe_3O_4表面包裹ZnO的制备和磁特性  40-51
  §5.1 引言  40-42
  §5.2 实验步骤  42-43
    §5.2.1 材料  42
    §5.2.2 Fe_3O_4磁性微球合成  42
    §5.2.3 ZnO颗粒合成  42
    §5.2.4 Fe_3O_4/ZnO复合材料的合成  42
    §5.2.5 性能测试  42-43
  §5.3 结果与讨论  43-45
    §5.3.1 形貌分析  43-44
    §5.3.2 结构表征  44
    §5.3.3 磁性测量  44-45
  参考文献  45-51
第六章 工作总结和展望  51-52
致谢  52-53
研究生期间已发表论文  53-54

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料 > 化合物半导体
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