电纺法制备稀磁Cox(ZnO)1-x纳米线的研究

摘要

本文利用静电纺丝技术制备纯ZnO和Co掺杂ZnO稀磁半导体纳米线。对Cox(ZnO)1-x纳米线的合成,结构,光学特性及磁性行为等进行了初步研究。主要内容如下:
　　 首先,我们在530℃、700℃、900℃三个不同温度下处理电纺复合纤维合成了纯ZnO纳米线。随合成温度的提高,锌纤矿ZnO纳米线的结晶度提高,平均直径从127nm变化为106 nm,并伴随Raman特征峰的红移。比较530℃下不同处理时间合成ZnO的形貌,确定10 h以上的处理时间会使样品成为颗粒结构。室温PL谱显示纯ZnO纳米线存在399 nm和468nm两个发射峰,我们认为均与ZnO内部晶格的缺陷有关。利用先空气后O2气氛中的两步高温处理,得到ZnO一维中空管结构。
　　 其次,在各种温度下制备的纯ZnO纳米线样品均呈现显著的室温铁磁性。合成温度越高,纯ZnO纳米线的铁磁性越弱。纯ZnO纳米线样品分别在O2、N2、及H2等不同气氛中500℃退火处理,得出经N2气氛处理的磁性减弱幅度最大。我们认为这与纯ZnO纳米线中的室温铁磁性来源与晶体的Zn空穴有关。
　　 最后,我们利用相同的合成技术制备1.8％、4.4％、7.2％浓度Co掺杂的ZnO稀磁纳米线。Co含量的增加会使得锌纤矿结构的晶粒度下降。Co掺杂浓度在5％以下的样品的激子带边发光特性较纯ZnO出现红移的特性。同时随着掺杂量的提高,纳米线样品的磁化强度随之减小,这可能与是Co对Zn的替代作用抑制了Zn空穴在纳米线中的存在,进而影响其室温铁磁性能。

目录

文摘

英文文摘

第1章 前言

1.1 ZNO的基本性质

1.2 ZNO研究的发展历史

1.3 ZNO稀磁半导体的研究

1.3.1 自旋电子学与稀磁半导体

1.3.2 ZnO的稀磁研究现状

1.3.3 ZnO稀磁半导体的铁磁性机制

1.4 本论文的工作

参考文献

第2章 实验方法与表征技术

2.1 静电纺丝合成纤维技术

2.2 表征技术

2.2.1 X射线衍射仪(XRD)

2.2.2 拉曼光谱(Raman)

2.2.3 场发射扫描电镜(FESEM)

2.2.4 透射电镜(TEM)

2.2.5 荧光光谱(PL)

2.2.6 热重分析(TGA-DTA)

2.2.7 超导量子干涉仪(SQUID)

参考文献

第3章 纯ZNO纳米线的制备与表征

3.1 样品制备

3.1.1 Sol-gel前驱体制备

3.1.2 复合纤维的电纺制备

3.1.3 ZnO纳米线的烧制

3.2 ZNO纳米线的形貌、性能及处理温度的影响

3.2.1 XRD结果与分析

3.2.2 SEM形貌观察与分析

3.2.3 ZnO纤维的微结构

3.2.4 Raman光谱及分析

3.2.5 ZnO纳米线的光致发光性质

3.3 高温处理时间对纤维形貌的影响

3.4 ZNO纳米管的制备

3.5 本章小结

参考文献

第4章 纯ZNO纳米线的室温铁磁性研究

4.1 ZNO纳米线的室温铁磁性

4.2 高温处理对铁磁性能的影响

4.2.1 不同制备温度对铁磁性能的影响

4.2.2 不同气氛退火对铁磁性能的影响

4.2.3 纳米线ZnO磁性来源讨论

4.3 本章小结

参考文献

第5章 稀磁COx(ZNO)1-x纳米线研究

5.1 样品制备

5.1.1 Sol-gel前驱体制备

5.1.2 复合纤维的电纺纤维制备

5.1.3 Cox(ZnO)1-x纳米线的烧制

5.2 COx(ZNO)1-x纳米线的形貌与光学性质

5.2.1 XRD结构确定与结果分析

5.2.2 SEM形貌观察与分析

5.2.3 Cox(ZnO)1-x纤维的微结构

5.2.4 Cox(ZnO)1-x纳米线的光致发光性质

5.3 COx(ZNO)1-x纳米线的铁磁性

5.4 掺杂浓度的对COx(ZNO)1-x纳米线铁磁性的影响

5.5 本章小结

参考文献

第6章 论文总结

攻读硕士学位期间发表论文目录

致谢