CuO是一種性能優(yōu)異的多功能材料,在太陽能電池、電容器、傳感器和光催化等領域均有廣泛應用。目前大量的科學探究還主要局限在CuO納米材料的光電性質方面,有關其磁學性質的研究非常匱乏,也限制了材料的多功能化。因此,人們相繼提出了摻雜改性和復合改性的方法,希望通過調整CuO基材料的電子能帶結構從而改善其物理性能。針對這一研究現狀,本論文主要從實驗方面證實CuO體系引入自旋性質的可行性,并對磁性起源進行解釋,主要包括如下三方面工作:（1）采用水熱反應法,制備Cr摻雜的CuO納米材料。SEM結果表明隨Cr摻雜濃度增大,樣品形貌逐漸由片狀變?yōu)榘魻�。吸收光譜表明Cr摻雜后產生中間缺陷帶導致帶隙值減小。PL和拉曼結果證明樣品中存在結構缺陷,Cr摻雜或熱處理后氧空位減少而銅空位增多。首次在Cr摻雜CuO體系中發(fā)現室溫鐵磁性,磁性源于銅空位,這些空位可以引入磁矩并調控鉻和銅自旋的鐵磁有序。（2）以尿素作為堿沉淀劑,制備CuO/ZnO片狀納米復合物。SEM和TEM分析表明納米片是由納米顆粒連接而成的,平均顆粒尺寸約20 nm。隨著CuO比例增大樣品結構有明顯坍塌,小片狀增多。磁性測量結果表明在抗磁性的ZnO... 

【文章來源】：天津大學天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

幾種5%Mn摻雜p型半導體材料的居里溫度計算值

：磁性元素進入晶體晶格內部后，會與其周圍的導帶電子進行交換耦合，這一作用使導帶電子發(fā)生自旋極化，隨著發(fā)生交換作用的兩個磁性離子之間距離不斷增大，電子的極化程度以振蕩方式不斷衰減，如圖1-2所示，圖中橫坐標t表示費米波矢與局域磁矩間距的比值，縱坐標j與t滿足如下方程：(1-1)正是圖示所示的振蕩導致相鄰的磁性元素之間發(fā)生 RKKY 交換作用。由于兩相鄰磁性離子狀態(tài)不同，這種交換作用使得兩個離子自旋在不同的排列方式下表現出不同的磁學行為（包括鐵磁態(tài)和反鐵磁態(tài)）。圖 1-2 導帶中的電子自旋極化程度與磁性離子之間距離的關系示意圖（2）超交換模型和雙交換模型超交換作用，該模型最早是由 Kramers[15]在對鐵氧體材料內發(fā)生的反鐵磁性自發(fā)極化現象進行原因追蹤的時候提出并由 Anderson[16]等人做了適當完善之后而共同建立的。超交換作用的實質是通過原來沒有磁性的陰離子的極化，把體系內兩個不相鄰的但是本身具有價態(tài)穩(wěn)定不變特性的磁性離子緊密聯系在一起，使體系對外呈現磁耦合狀態(tài)的一個物理過程。雙交換作用，該模型最早應該是由Zener[17]提出來的。雙交換作用的實質同超交換作用一樣也牽涉到了載流子的躍遷

和Cu2+的離子半徑分別為1.40 和0.72 。圖1-3為單斜CuO的晶體結構簡圖（圖中較大的灰色球體表示銅原子，較小的黑色球體表示氧原子）。CuO 作為一種 p 型直接帶隙(1.2-2.1 eV)氧化物半導體，具有低成本、無毒、易制備、高容量(670 mAh·g 1)等優(yōu)勢，在太陽能電池、電容器、傳感器、磁性存儲和場發(fā)射器件等領域有廣泛應用，吸引了大量研究者的興趣。CuO 本身為反鐵磁材料中，尼爾溫度為 230 K，因此在室溫下表現為順磁性。在 CuO 材料中引入室溫鐵磁性，以擴大材料的應用范圍，有利于實現集磁、光、電、氣于一體的

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]水熱法合成無機半導體納米材料及其摻雜稀土發(fā)光納米材料[D]. 陶萍芳.廣西師范大學 2008



本文編號：3415921