VO2系统中3d过渡金属掺杂效应研究

摘要

二氧化钒(VO2)作为一种典型的热致相变氧化物，在68℃处发生从高温金属相到低温绝缘相的转变，而这种相转变将导致VO2的某些物理性质如电、磁和光学等性质的突变，使得该材料具有广泛的应用前景，同时，这类材料中发生的金属-绝缘体转变的起因涉及到很多基础性物理问题，虽然至今已提出很多理论或模型，但其真正的机理仍不清楚。
　　本文围绕VO2块材样品的制备工艺以及3d过渡金属掺杂对V1-xTxO2(T=Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn)的电、磁性质的影响进行了实验研究，主要研究内容和结果如下：
　　(1)对室温具有单斜（M）结构的VO2纯相块材样品的制备工艺进行了探索。结果表明，在水热合成和真空退火处理后得到的VO2粉体的基础上，经900℃高温烧结可得到室温时为纯M相VO2块材样品。
　　(2)在固定x=0.02的掺杂量下，对3d过渡金属系列掺杂进行了比较性研究。结果表明，所有样品在340K温度附近均显示磁化率的突变和金属-绝缘体转变，且不同元素的掺杂对转变没有明显的影响。但在磁化率-温度曲线上，除了340K温度附近磁化率突变外，Cr、Fe和Co的掺杂明显不同于其它3d过渡金属掺杂，Cr和Fe掺杂的样品在280K附近发生了磁化率的突变，而Co掺杂样品在160K附近出现了磁化率的突变。
　　(3)为了了解Cr、Fe和Co掺杂引起低温磁化率异常的原因，我们以Co掺杂样品为例，从实验上研究了不同Co含量的掺杂对V1-xCoxO2块材样品的电和磁性质的影响。研究表明，在x<0.05范围内，Co掺杂没有明显影响340K温度附近的金属-绝缘体转变以及磁化率的突变，但引起低温下的磁化率明显变化，在160K温度附近磁化率随掺杂量增加而明显增大。这可能是由于样品中出现少量铁磁性的Co2VO4所致，结构和能谱分析表明，当x≥0.02时,样品中含有少量Co2VO4相，而Co2VO4在160K以下是铁磁性的，我们因此认为，低温下观察到的磁化率异常可能源于样品中出现少量铁磁性的Co2VO4所致。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 二氧化钒的物理性质

1.3 二氧化钒的应用前景

1.4 二氧化钒粉体的研究进展

1.5 本文选题依据、研究内容及技术路线

1.6 本章小结

2 二氧化钒粉体的制备及测试

2.1 实验试剂与实验仪器

2.2 B相VO2粉体的制备

2.3 M相VO2块材的制备

2.4 VO2样品的物性测量技术

2.5 VO2样品的结构表征

2.6 本章小结

3 3d族过渡金属掺杂VO2(M)的制备及其研究

3.1 研究背景

3.2 3d族过渡金属掺杂VO2(M)的制备

3.3 V0.98T0.02O2掺杂体系的结构表征

3.4 V0.98T0.02O2掺杂体系的磁电性能

3.5 本章小结

4 V1-xCoxO2粉体的制备及其性能研究

4.1 研究背景

4.2 V1-xCoxO2样品的制备

4.3 V1-xCoxO2样品的结构表征

4.4 Co掺杂对VO2磁性质的影响

4.5 Co掺杂对VO2电性质的影响

4.6 本章小结

5 全文总结

致谢

参考文献

附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表的学术论文