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Co和Mn掺杂TiO2的显微结构及物性

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发表于 2024-2-4 20:44:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
通过掺杂改性来提高二氧化钛(TiO2)的物性是目前材料物理和凝聚态物理领域研究的热点题目之一。本文通过离子注入法制备出Co和Mn 掺杂TiO2薄膜，并通过溶胶-凝胶法制备出Mn掺杂TiO2纳米粉体。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对Co和Mn离子注入TiO2薄膜和Mn掺杂TiO2纳米粉体的结构进行了表征；利用紫外-可见分光光度计和振动样品磁强计(VSM)等测试手段研究了其相关的物理性质，系统研究了Co和Mn元素掺杂对TiO2材料的显微结构和物性的影响。进一步通过磁控溅射法制备出取向生长锐钛矿相Nb掺杂TiO2透明导电薄膜，并详细研究了溅射工艺参数与其结构及物性的联系。取得的主要研究结果如下：(1) 通过SEM和EDX研究发现Co和Mn离子注入TiO2薄膜中的Co和Mn离子数随注入深度呈高斯分布，注入射程为200 nm。退火后扩散到薄膜的更深处，且Co离子比Mn离子更易在TiO2薄膜中扩散。(2) XRD结果表明Co离子注入TiO2薄膜经过退火处理后呈锐钛矿结构，且锐钛矿相(101)晶面间距d(101)从0.3527 nm减小为0.3517 nm；Mn离子注入TiO2薄膜经退火处理后也呈锐钛矿结构，但其(101)晶面间距从0.3513 nm增大为0.3519 nm。HRTEM显示出Co和Mn离子的注入使TiO2薄膜的晶粒被部分破坏，而退火处理可以修复被破坏的晶粒，使Co和Mn元素掺杂到TiO2晶格中。而且HRTEM进一步观察到Co和Mn离子注入TiO2薄膜中存在刃位错缺陷，此结果之前未见报道。(3) VSM结果表明，退火前后的Co和Mn离子注入TiO2薄膜在室温下均呈现铁磁性，退火处理后Co离子注入TiO2薄膜的饱和磁化强度由0.83 emu/cm3增强到2.0 emu/cm3，退火处理后Mn离子注入TiO2薄膜的饱和磁化强度由0.44 emu/cm3增强到1.2 emu/cm3。这是由于Co和Mn离子替代TiO2晶格中Ti引起的，这种室温铁磁性可以用结合磁极子(BMP)模型解释。(4) 用溶胶-凝胶法成功地制备出Mn掺杂TiO2纳米粉体。当退火温度为500℃和800℃时，Mn掺杂含量为1%和2% 的TiO2纳米粉体分别为纯的锐钛矿相和金红石相。HRTEM结果进一步表明Mn已经有效地掺杂到TiO2晶格中，且金红石相结晶程度明显优于锐钛矿相。VSM结果表明，样品在室温下呈现铁磁性，500℃退火处理的粉体的铁磁性比800℃的强，可以用BMP模型解释。磁性测试结果还说明，除了氧空位以外，结晶程度和物相都可影响Mn掺杂TiO2材料的磁性，而结晶程度更为重要。(5) 用直流反应溅射技术和Ti94Nb6合金靶成功地在玻璃衬底上制备出锐钛矿相的Nb掺杂TiO2透明导电薄膜。获得可见光透过率85%和电阻率2.3×10-3 Ω•cm的Nb掺杂TiO2透明导电薄膜的最佳工艺参数为：溅射功率140 W，Ar与O2气的流量比40/6，溅射时间10 min，真空退火温度500 ℃。XRD和HRTEM结果进一步表明该薄膜沿(101)晶面择优生长，Nb元素有效地掺杂到TiO2晶格中。

天涯海角也要找到Ni：Co和Mn掺杂TiO2的显微结构及物性





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