過渡金屬摻雜p型半導(dǎo)體CaFe2O4的制備和性質(zhì)研究.pdf

1、隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，鐵氧體材料的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，可以用于光催化材料、吸波材料、太陽能轉(zhuǎn)換材料以及電極材料等。鐵氧體材料大多是四方結(jié)構(gòu)的n型半導(dǎo)體或者絕緣體，但CaFe2O4是具有斜方的晶體結(jié)構(gòu)的p型半導(dǎo)體，并且Ca2+和Fe3+都很容易被其他金屬離子替代，從而導(dǎo)致CaFe2O4的電磁輸運(yùn)性質(zhì)發(fā)生變化。
　　本論文采用溶膠凝膠法制備了過渡金屬元素Zn和Cr摻雜p型半導(dǎo)體CaFe2O4粉末，并對Ca1-xZnxFe2O4和CaCr

2、xFe2-xO4的結(jié)構(gòu)及電磁輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下：
　　實(shí)驗(yàn)采用凝膠溶膠法以檸檬酸為絡(luò)合物制備了Ca1-xZnxFe2O4的反應(yīng)前驅(qū)體，然后在空氣中1000℃燒結(jié)3小時(shí)，即可得到粉末樣品。X射線衍射結(jié)果表明當(dāng)x=0.05時(shí)，已經(jīng)出現(xiàn)了第二相ZnFe2O4，這說明Zn在CaFe2O4晶格中的摻雜濃度很低。
　　實(shí)驗(yàn)采用凝膠溶膠法在不同燒結(jié)溫度條件下制備了不同摻雜濃度的CaCrxFe2-xO4的粉末。X射線衍射結(jié)果表

3、明，當(dāng)燒結(jié)溫度低于1000℃時(shí)，反應(yīng)不完全，所生成的產(chǎn)物為CaCrO3和CaFe2O4的混合相。當(dāng)退火溫度達(dá)到1000℃時(shí)，燒結(jié)2小時(shí)即可得到純的CaCrxFe2-xO4粉末。同時(shí)， X射線衍射結(jié)果表明采用溶膠凝膠法制備的CaCrxFe2-xO4材料，當(dāng)Cr的摻雜濃度達(dá)到70％時(shí)，X射線衍射圖譜中仍然沒有出現(xiàn)雜質(zhì)峰，說明隨著Cr元素含量增加，材料的晶格結(jié)構(gòu)沒有改變，晶胞體積隨著Cr含量的增加逐漸減小。磁性測量結(jié)果表明，未摻雜的CaFe2

4、O4粉末具有反鐵磁特性，Neel溫度為180K，隨著Cr含量的增加CaCrxFe2-xO4粉末仍然表現(xiàn)出反鐵磁特性，Neel溫度逐漸減小。熒光光譜測量結(jié)果表明，溶膠凝膠法制備的未摻雜的CaFe2O4粉末在750nm左右出現(xiàn)了發(fā)光的峰，表明其光學(xué)帶隙約為1.65eV。
　　此外，還根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的CaFe2O4的晶格參數(shù)采用VASP軟件計(jì)算了CaFe2O4的電子結(jié)構(gòu)，第一性原理計(jì)算結(jié)果表明，與非磁性和鐵磁性相比CaFe2O4表現(xiàn)為反鐵