ZnO Co掺杂 沸腾回流 制备 表征 光学性质 磁性质

【中文摘要】ZnO具有较高的激子束缚能(60 meV)和较宽的禁带宽度(3.37 eV),在压电、光电设备等领域表现出巨大的应用潜力。通过向ZnO中掺入其他元素,可以有效地调整其内部结构和形貌,改善其性能,从而扩大ZnO的应用范围,所以近年来有关纳米ZnO掺杂的研究迅速发展起来。Co作为一种典型的过渡金属元素,具有丰富的表面态和与Zn~2+相似的离子半径,更容易进入到ZnO晶格与之溶为一相,可以有效调节ZnO的禁带宽度,进而其光学性能和应用。同时,Co具有磁性,掺入到ZnO晶格内可形成ZnO基稀磁半导体(DMS),从而将ZnO的应用扩展到电子自旋设备、探测器等领域。于是,制备和研究集光、磁效应于一体的ZnO基稀磁半导体材料具有极其重要的意义。本论文以ZnCl_2、CoCl_2为原料,分别选用NaOH和NH_3·H_2O为沉淀剂,采用常压沸腾回流法,成功制备了ZnO:Co纳米粉体,利用XRD、FESEM、EDS和XPS对产品的结构和形貌进行了表征,利用UV-vis、PL和PPMS研究了样品的光学性质和磁性质。本论文的主要内容如下:(1)以ZnCl_2、CoCl_2为原料,选用NaOH和NH_3·H_2O...

【英文摘要】Possessing high exciton binding energy (60 meV) and wide band gap (3.37 eV), zinc oxide (ZnO) exhibits great potentials in the application of piezoelectric and photoelectric devices. Incorporating other elements into ZnO can effectively adjust its structure, morphology and property, thus, expand its application fields. Therefore, the scientific researches on doped ZnO develop rapidly in recent years. As a typical transition metal elecment, Co has rich surface states with a similar ionic radius to Zn~2+, and...

【关键词】ZnO Co掺杂 沸腾回流 制备 表征 光学性质 磁性质

【英文关键词】ZnO Co-doping Boiling reflux Preparation Characterization Optical property Magnetic property

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【目录】低温溶液法制备ZnO：Co纳米粉体及性质研究摘要4-6Abstract6-7第一章 绪论11-171.1 ZnO 的基本性质及结构11-121.2 掺杂对ZnO 的影响12-151.2.1 掺杂对ZnO 结构和形貌的影响12-131.2.2 掺杂对ZnO 光学性质的影响131.2.3 掺杂对ZnO 电学性质的影响13-141.2.4 掺杂对ZnO 磁性质的影响14-151.3 元素掺杂ZnO 的制备方法151.4 选题意义15-161.5 研究内容16-17第二章 实验部分17-212.1 实验原料172.2 实验仪器17-182.3 溶液配制182.4 实验过程18-192.4.1 沸腾回流法制备ZnO 纳米粉体182.4.2 以NaOH 为沉淀剂制备ZnO:Co 纳米粉体18-192.4.3 以NH_3H_20 为沉淀剂制备ZnO:Co 纳米粉体192.5 产品表征19-212.5.1 X-射线衍射（XRD）分析192.5.2 场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析192.5.3 X-射线光电子能谱(XPS)分析192.5.4 X-射线线能谱(EDS)分析19-202.5.5 紫外-可见吸收光谱(UV-vis)分析202.5.6 光致发光光谱(PL)分析202.5.7 室温铁磁性能（FTFM）分析20-21第三章 沸腾回流法制备ZnO 纳米粉体21-263.1 溶液碱度对合成ZnO 纳米粉体的影响21-233.2 原料的混合温度对合成ZnO 纳米粉体的影响23-253.3 本章小结25-26第四章 以NaOH 为沉淀剂制备ZnO:Co 纳米粉体26-4.1 低碱度溶液制备ZnO:Co 纳米粉体26-384.1.1 药品滴加顺序对合成ZnO:Co 纳米粉体的影响26-294.1.2 溶液碱度对合成ZnO:Co 纳米粉体的影响29-334.1.2.1 采用滴加顺序Ⅰ29-314.1.2.2 采用滴加顺序Ⅳ31-334.1.3 Zn~(2+)离子浓度对合成ZnO:Co 纳米粉体的影响33-3.1.4 样品回流时间的确定36-384.2 中碱度溶液制备ZnO:Co 纳米粉体38-414.2.1 样品FESEM 扫描电镜分析38-404.2.2 样品XRD 分析404.2.3 样品EDS 分析40-414.3 高碱度溶液制备ZnO:Co 纳米粉体41-454.3.1 不同锌碱比制备ZnO:Co 纳米粉体41-434.3.2 不同前驱物制备方式合成ZnO:Co 纳米粉体43-454.4 本章小结45-46第五章 以NH_3·H_20 为沉淀剂制备ZnO:Co 纳米粉体46-575.1 低碱度溶液制备ZnO:Co 纳米粉体46-505.1.1 样品XRD 分析46-475.1.2 样品FESEM 分析47-495.1.3 样品EDS 分析49-505.2 中碱度溶液制备ZnO:Co 纳米粉体50-535.2.1 样品XRD 分析505.2.2 样品FESEM 分析50-525.2.3 样品的EDS 分析52-535.3 高碱度溶液制备ZnO:Co 纳米粉体53-565.3.1 样品XRD 分析53-545.3.2 样品的FESEM 分析54-555.3.3 样品的EDS 分析55-565.4 本章小结56-57第六章 不同掺杂浓度ZnO:Co 纳米粉体的制备及性能研究57-806.1 以NaOH 为沉淀剂制备不同掺杂浓度ZnO:Co 纳米粉体57-736.1.1 中碱度溶液环境制备样品57-666.1.1.1 样品的结构和形貌表征57-626.1.1.2 样品的光学性质研究62-6.1.1.3 样品的磁性质研究-666.1.2 强碱度溶液环境制备样品66-736.1.2.1 样品的结构和形貌表征66-706.1.2.2 样品的光学性质研究70-726.1.2.3 样品的磁性质研究72-736.2 以NH_3·H_20 为沉淀剂制备不同掺杂浓度ZnO:Co 纳米粉体73-796.2.1 样品的结构和形貌表征73-776.2.2 样品的光学性质研究77-796.3 本章小结79-80第七章 论文总结80-827.1 论文主要结论80-817.2 工作展望81-82参考文献82-86后记（致谢）86-87攻读学位期间科研成果87