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硕士学位论文论文题目氧化锌的掺杂效应以及石墨烯结构缺陷的第一性原理研究吴亮研究生姓名李有勇指导教师姓名材料学专业名称材料模拟与设计研究方向2013.6.18 论文提交日期氧化锌的掺杂效应以及石墨烯结构缺陷的第一性原理研究中文摘要中文摘要氧化锌（ZnO）是一种理想的半导体材料，在固体器件领域有着广泛的应用前景。
对氧化锌增加压力，它能从四配位的纤锌矿结构（B4）转变成六配位的岩盐结构（B1）。
掺杂是改善材料性质的一种有效的方法，尤其是在半导体材料领域。
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法来研究过渡金属元素（V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni）掺杂氧化锌的一些性质。
我们发现过渡金属元素的掺杂降低了B4→B1相转变压力，但是没有改变其相转变的路径。
这一发现与先前的实验结果一致。
过渡金属元素的掺入引起了晶格畸变，这导致了体积弹性模量的降低并且促进了相转变的发生。
对于态密度的研究发现，掺杂后的ZnO是具有磁性的，并且这一磁性来源于过渡金属元素的d轨道。
由于Mn原子的d轨道电子是半充满的，所以其掺杂后的ZnO显示了最强的磁性。
对于V-以及Cr-掺杂的ZnO来说，B4→B1的相转变使得体系的磁性增强了；而对于Mn-、Fe-、Co-、Ni-掺杂的ZnO来说，B1结构的磁性小于B4结构的磁性。
这一结果能够用过渡金属原子与其相邻的O 原子间的电荷转移来解释。
我们的研究结果为改变ZnO的结构和性质提供了理论基础。
石墨烯（graphene）有着非常优异的性能，将来有望在半导体领域代替传统硅材料。
石墨烯材料中的点缺陷能够对其性质有着很大的影响，所以我们可以人为地引入缺陷结构来改善或者提升石墨烯材料的应用价值。
在辐照或者热处理的条件下，这些缺陷结构会在石墨烯上发生迁移、合并。
要想得到理想的缺陷石墨烯材料，我们就需要具体研究这些缺陷结构的动力学行为。
本文中我们利用了基于密度泛函理论的第一性原理方法，通过过渡态搜索的计算研究了常见点缺陷的迁移、合并的能垒。
摘要:zno是一种宽禁带,高激子能的半导体,n掺杂能够减小禁带宽度,极大的改变zno的电子和光学性能。
本文介绍了目前对zno进行n掺杂的方法,并比较了各种方法的优缺点及n 掺杂对zno性质的影响。
关键词:半导体 n掺杂中图分类号:tn3 文献标识码:a 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0060-01zno是一种宽禁带,高激子能的半导体[1],由于其具有热电,光电,压电,磁电等性质,因而在太阳能电池[2],化学生物传感器,激光器等方面具有潜在的应用前景。
zno半导体禁带较宽,这种宽禁带不利用于其对光的吸收利用,因而限制其在光电器件方面的应用。
元素掺杂对材料性质影响很大,其中n元素的掺杂[3]引起了人们的广泛关注。
各种掺杂方法如磁控溅射,化学气相法,溶液法等都能够对zno进行n掺杂,以上各种方法各具优缺点,掺杂含量和掺杂后性质有很大不同。
本文介绍了目前对zno进行n掺杂的方法,并比较其特点。
1 n掺杂研究方法进展n的掺杂方法主要有:化学气相沉积法,磁控溅射法和溶液法等。
化学气象沉积法:通常有无机金属盐,氮气和氧气按一定比例,在加热情况下在硅片上进行金属沉积和生长,形成zno/n薄膜。
这种方法只能在耐高温的硬底上进行生长zno薄膜,受设备条件控制。
优点是薄膜的厚度可以通过生长时间来进行控制。
通过xps对n掺杂的zno进行分析,发现随着加热温度的升高,n的xps谱峰随之向高键合能方向偏移。
进一步研究发现,加热温度高于400℃是n 掺杂zno为n型半导体,温度低于400℃时,n掺杂zno为p型半导体。
温度为400℃时n掺杂zno为混合型半导体。
结果表明,随衬底温度的不同,薄膜呈现出不同的生长机理,从而影响薄膜的晶体结构和电学性能。
磁控溅射法:通常以惰性气体ar为载流气体,氮气为掺杂源,选择合适的气体室压强。
磁控溅射法制备n掺杂的zno所需时间短,目标产物薄膜厚度可以控制,能够得到p型半导体。
ZnO掺杂改性的第一性原理研究一、本文概述随着科技的不断进步，氧化锌（ZnO）作为一种宽禁带直接带隙半导体材料，在光电器件、太阳能电池、气体传感器等领域的应用前景日益广阔。
然而，纯ZnO在某些性能上仍存在一定的局限性，如导电性能、稳定性等。
为了提高ZnO的性能，研究者们常常通过掺杂改性的方式，引入其他元素来调控其电子结构和物理性质。
本文旨在通过第一性原理计算的方法，深入探究ZnO掺杂改性的电子结构和光学性质，以期找到提高ZnO性能的有效途径。
第一性原理计算是一种基于量子力学原理的计算方法，它能够从材料的原子结构出发，预测材料的各种性质。
相较于传统的实验方法，第一性原理计算具有成本低、周期短、可预测性强等优点，因此在材料科学领域得到了广泛应用。
本文将通过构建ZnO掺杂体系的计算模型，计算其电子结构、态密度、光学性质等，揭示掺杂元素对ZnO性能的影响机制。
本文首先将对ZnO的基本性质进行简要介绍，包括其晶体结构、电子结构等。
然后，将详细介绍第一性原理计算的基本原理和计算方法，以及本文所使用的计算软件和参数设置。
接着，将重点分析不同掺杂元素对ZnO电子结构和光学性质的影响，通过对比计算结果，找出最佳的掺杂元素和掺杂浓度。
将总结本文的主要研究内容和结论，展望ZnO掺杂改性在未来的应用前景。
通过本文的研究，希望能够为ZnO掺杂改性的实验研究和应用开发提供理论依据和指导，推动ZnO材料在光电器件、太阳能电池、气体传感器等领域的应用发展。
二、ZnO掺杂改性的理论基础ZnO作为一种宽禁带半导体材料，在光电器件、催化剂、透明导电薄膜等领域具有广泛的应用前景。
然而，纯ZnO的某些性能，如导电性、光催化活性等，往往不能满足实际应用的需求，因此需要通过掺杂改性来优化其性能。
掺杂改性的理论基础主要基于半导体物理和量子力学，涉及到掺杂元素的选择、掺杂浓度的控制以及掺杂对ZnO 电子结构的影响等方面。
掺杂元素的选择是掺杂改性的关键。
掺杂ZnO光催化剂研究进展秦祖赠;苏通明;蒋月秀;刘瑞雯;刘自力【摘要】ZnO作为半导体光催化剂,具有无毒性、高效性和低成本等优点得到广泛研究.但是ZnO禁带宽度较宽,为3.37 eV,仅能吸收紫外光,而且光生电子和空穴较容易复合,在太阳光照射下,表现出较低的光催化活性,不能满足工业应用要求.对ZnO进行改性能够提高ZnO对可见光的利用率及光催化活性.其中,对ZnO进行掺杂能够有效改变光催化剂的比表面积、颗粒大小和光催化活性等性质,适当引入一些金属或非金属离子有可能使催化剂对光的吸收范围扩展到可见光区.金属掺杂能使ZnO形成更多的晶格缺陷,降低电子和空穴的复合几率;而非金属掺杂能够在ZnO晶格中引入氧空位以及引起ZnO晶格膨胀,使ZnO禁带变窄,进而能吸收可见光;同时,掺杂两种非金属有可能比掺杂单一非金属更能改善ZnO对可见光的吸收.结合金属掺杂与非金属掺杂的优点,金属与非金属共同掺杂到ZnO中,使ZnO的各种缺点得到全面改善.此外,利用金属氧化物对ZnO进行掺杂,可改变ZnO晶格结构以及表面电子状态,提高ZnO光催化活性.需加强对掺杂理论的研究,掺杂虽能使ZnO能够吸收可见光,但是对可见光吸收不强,对太阳能利用率不高,需要对ZnO改性方法进行更深入研究,同时,光催化要进一步在工业上进行应用,应加强对光催化降解多组分废水及真实废水进行研究,其稳定性、固载化及其回收利用方面也应该得到更多关注.【期刊名称】《工业催化》【年(卷),期】2014(022)003【总页数】6页(P161-166)【关键词】催化化学;氧化锌;掺杂;改性;光催化剂【作者】秦祖赠;苏通明;蒋月秀;刘瑞雯;刘自力【作者单位】广西大学化学化工学院,广西南宁530004;广西大学化学化工学院,广西南宁530004;广西大学化学化工学院,广西南宁530004;广西大学化学化工学院,广西南宁530004;广州大学化学化工学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】O643.36;TQ034环境污染是21 世纪全人类最关注的问题之一，如何有效控制和解决环境污染问题是当今研究的热门课题。
氧化锌掺杂对钯/氧化铝催化剂性能的影响
2016-06-02 13:03来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部
氧化锌改性钯催化剂催化活性结果
Pd和Pt具有较高的活性和稳定性，被广泛用于汽车尾气净化催化剂的活性组分。
在稀燃条件下，Pd比Pt具有更高的活性。
为提高贵金属的利用率，通常将活性组分以微晶或多晶的形式高度分散在载体的孔道体系中。
Al2O3和ZrO2是目前报道最多的两类载体材料。
反应初期Pd/Al2O3对CH4氧化具有很高的活性，但随着时间的延长，会逐渐下降；虽然Pd/ZrO2活性不如Pd/Al2O3，但稳定性更高。
近期研究发现，将ZnO添加到Zr0.5Al0.5O1.75中，制备的
Pd-ZnO/Zr0.5Al0.5O1.75催化剂，抗水性较Pd/Zr0.5Al0.5O1.75催化剂明显提高。
四川大学化学学院绿色化学与技术教育部重点实验室陈耀强小组以掺杂不同含量ZnO的Zr0.5Al0.5O1.75为载体，制备了系列1.5% Pd催化剂。
在模拟稀燃天然气汽车尾气条件下，测试了催化剂的活性和抗水性，并用N2吸附-脱附、X射线衍射、H2程序升温还原和X射线光电子能谱等手段对催化剂进行了系统表征。
研究结果表明，ZnO的添加及添加量对催化剂的活性和抗H2O性有明显影响，其中以ZnO 添加量为15%时制备的复合氧化物为载体的催化剂活性最佳。
当模拟尾气中不含H2O 时，该催化剂对甲烷的起燃温度（T50）和完全转化温度（T90）分别为278和314 ℃；在含H2O时，该催化剂的T50和T90分别为342和371 ℃。
掺杂ZnO薄膜的研究进展摘要：ZnO薄膜作为一种Ⅱ～Ⅵ族的宽禁带半导体材料，具有优异的物理化学性能。
通过对薄膜的掺杂，可以改善其性能，使其应用更加广泛。
综述了ZnO 薄膜的制备方法，比较了各种制备方法的优缺点，重点探讨了掺杂对薄膜的结构、光、电性能的影响，最后总结了ZnO薄膜的应用和今后可能的研究方向。
关键词：掺杂ZnO薄膜，制备工艺，性能Abstract：ZnO thin films are a kind of II～VI semiconductors with a wide direct band gap and excel—lent physical and chemical properties. Doped thin films can improve their functions and make their applications more extensive．In this paper，preparation technique of ZnO thin films was reviewed and their advantages and disadvantages were pointed out．And the structure, optical，electrical properties of doped ZnO thin films were studied in detail．The applications of ZnO thin films were summarized, and an outlook to the research direction of aftertime was carried on．Key words：Doped ZnO thin films；Preparation technique；Properties0引言ZnO是一种新型的宽禁带化合物半导体材料，其稳定相是六方纤锌矿结构，室温下禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV，易实现室温或更高温度下的激子受激发射[1]。
第24卷 第4期2009年8月液 晶 与 显 示Chinese Jour nal of L iquid Cry st als and DisplaysVol 124,No 14Aug.,2009文章编号:1007-2780(2009)04-0522-06掺杂氧化锌薄膜的最新进展刘 波,赵小如*,冯娴娴,刘 凯,赵 亮(西北工业大学理学院应用物理系,陕西西安 710072,E -mail:lbs pinach@)摘 要:掺杂氧化锌(ZnO)薄膜是一种新型的透明导电氧化物(T CO)材料,因有替代氧化铟锡(I T O)的潜能而成为当今T CO 材料中的研究热点,其优异的光学和电学性能使其在平板显示器、太阳能电池等光电器件中具有光明的应用前景。
文章对ZnO 基半导体材料的结构和性能进行了介绍,综述了近年来以ZnO 薄膜为基体的n 型和p 型掺杂的研究进展,并在此基础上对未来的发展方向进行了展望。
关 键 词:氧化锌;透明导电;电阻率;透过率中图分类号:T N 304.2+1 文献标识码:A收稿日期:2009-02-21;修订日期:2009-03-23 基金项目:国家自然科学基金(No.50872112)*通讯联系人:E -mail:xrz hao@nw 1 引 言ZnO 是一种宽禁带的n 型半导体材料,具有六角纤锌矿结构。
每个Zn 原子和最近邻的4个O 原子构成一个四面体结构,同样,每个O 原子和最近邻的4个Zn 原子也构成一个四面体结构。
ZnO 晶体中每一个Zn 原子都位于4个相邻的O 原子所形成的四面体间隙中,但是只占据其中半数的O 四面体间隙,O 原子的排列情况与Zn 原子相同。
这种结构比较开放,半径较小的组成原子容易变成间隙原子,所以只要有比Zn 离子半径小的离子,就容易成为替位原子而占据Zn 原子的位置,也容易成为间隙原子而存在,这为ZnO 的替位掺杂提供了结构基础。
ZnO 的掺杂分为n 型掺杂和p 型掺杂。
《ZnO薄膜材料的掺杂改性研究》篇一摘要：本文旨在探讨ZnO薄膜材料掺杂改性的研究进展。
首先，我们将简要介绍ZnO薄膜的基本性质和重要性。
然后，详细阐述不同掺杂方法及其对ZnO薄膜性能的影响。
最后，我们将总结目前掺杂改性的研究成果，展望未来可能的研究方向。
一、引言ZnO作为一种宽禁带半导体材料，具有优异的物理和化学性质，在光电子器件、传感器、太阳能电池等领域具有广泛应用。
然而，ZnO薄膜材料在实际应用中仍存在一些性能上的不足，如导电性、光学性能等。
为了改善这些性能，研究者们采用了掺杂改性的方法。
本文将重点研究ZnO薄膜材料的掺杂改性，为进一步推动其在光电子器件领域的应用提供理论依据。
二、ZnO薄膜的基本性质和重要性ZnO是一种具有优异光学、电学和磁学性能的半导体材料。
其禁带宽度适中，具有较高的光电导性和透明性，可应用于透明导电膜、紫外光探测器、LED器件等。
此外，ZnO还具有优异的化学稳定性和良好的成膜性能，可制备成高质量的薄膜材料。
因此，ZnO薄膜在光电子器件领域具有极高的应用价值。
三、掺杂改性方法及其对ZnO薄膜性能的影响1. 掺杂元素选择：掺杂元素的选择对ZnO薄膜的性能具有重要影响。
常见的掺杂元素包括Al、Ga、In等。
这些元素可改善ZnO薄膜的导电性、光学性能等。
2. 掺杂方法：掺杂方法包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溶胶-凝胶法等。
不同的掺杂方法对ZnO薄膜的晶体结构、光学性能等产生影响。
3. 掺杂浓度：掺杂浓度是影响ZnO薄膜性能的关键因素。
适量的掺杂可以提高ZnO薄膜的导电性和光学性能，但过高的掺杂浓度可能导致晶格畸变、性能下降等问题。
4. 改性效果：通过掺杂改性，可以显著提高ZnO薄膜的导电性、光学性能等。
例如，Al掺杂可以增加ZnO薄膜的载流子浓度和迁移率，提高其导电性能；Ga掺杂可以改善ZnO薄膜的光学带隙，提高其光学性能。
四、不同掺杂方法的研究进展1. 物理气相沉积（PVD）：PVD是一种常用的制备ZnO薄膜的方法。
co掺杂zno稀磁半导体的制备与磁性研究
最近几年，氧化锌（ZnO）-碳氧化物（CO）复合材料作为一类稀磁半导体，已经引起
了国内外学者的广泛关注，其因具有可调节磁性调控和电子绝缘属性，并且具有较高的催
化性能，易制备，耐久性良好等优点，可用于提高能源组件的性能，发展新型能源等方面。
因此，有关研究者致力于研究氧化锌与碳氧化物的双重掺杂制备稀磁半导体的方法以及其
磁性表现。
首先，我们采用水热法制备了ZnO-CO复合稀磁半导体，其制备过程为将溶液中所有
原料考到容器中，加入特定剂量的碳源，然后加热与搅拌。
这种方法可以在一定温度下可
控制地将氢氧化锌与碳氧化物稀释而得到ZnO-CO复合材料。
然后，我们将复合材料制成
晶体，研究其结构。
结果表明，碳分布均匀，金属氧化物的c晶面呈nanorod-like结构，表明复合材料均匀掺杂，且足够稀疏。
接下来，通过测量晶体吸收光谱及磁性调控特性，证实掺杂ZnO-CO复合材料具有有
较强的磁性，且可以通过微分吸收光谱证实有较强的磁性强度。
此外，根据测量结果，我
们发现，随着ZnO-CO复合材料中CO比例的增加，其饱和磁化和磁性降低特性也相应增强，表明CO掺杂聚集稀磁半导体的磁性调控性能越强。
由此可见，氧化锌（ZnO）-碳氧化物（CO）复合材料是一种有潜力的稀磁半导体材料，在能源组件的制备及性能的提高方面有广泛应用前景。
但是，关于复合材料的详细机制还
需要进一步研究，以更深入地探索其在电气与磁电效应、磁控沉积、催化、生物传感器等
方面的应用及未来发展。
ZnO纳米材料的可控合成是实现材料性能调控与应用的基础。
ZnO纳米材料真正走向应用领域，首先需要解决的就是ZnO纳米材料的可控合成问题，以获得尺寸、形貌、结构、单分散和重复性等稳定可靠的ZnO纳米材料。
针对这个问题，人们发展了多种物理和化学的手段来合成ZnO纳米材料，如气相的热蒸发法[1-3]、化学气相沉积法[4-7]、脉冲激光沉积法[8-9]和液相的水热法[10-12]、溶剂热法[13-15]、溶胶凝胶法[16-17]、模板法[18]和微乳液法汇[19-20]等。
ZnO纳米材料具有极为丰富的形貌和结构。
迄今为止，人们已经成功地合成了各种形貌的ZnO纳米结构，如零维的纳米点[4]，一维的纳米线[11]、纳米棒[10·23]、纳米管[23-24]和纳米带「2]，二维的米片[25]，此外还有一些复杂的形貌如tetrapod[26-29]和纳米梳[30-32]等。
ZnO纳米材料的掺杂半导体中的掺杂是指人为地将杂质原子引入到本征半导体中，以调控半导体电学、磁学等材料性能的目的。
在半导体工业中根据掺杂原子在半导体中的含量，掺杂可以分为轻掺和重掺，其中轻掺的杂质浓度在10-8数量级，而重掺的杂质浓度在0.1%数量级。
当掺杂原子的浓度更高时，一般称为半导体的合金化，如SIGe、AIGaN和CuInSe:等。
在研究半导体低维纳米材料的掺杂问题时，通常纳米材料中掺杂原子的浓度在千分之几到百分之几，有时可以达到10%以上，实际上已形成了合金，但是与传统的半导体工业所有不同，在纳米材料中引入特定的杂质时，一般对掺杂和合金化不作细致的划分，本文中沿用掺杂这个概念在ZnO纳米材料中通过引入特定的杂质原子可以有效地调控其光学、电学和磁性等材料性能，接下来将针对ZnO纳米材料中的掺杂现状作介绍。
Mg、cd等掺杂在ZnO纳米材料进行Mg或Cd的掺杂，可以在纳米尺度实现ZnO的能带工程[33-43]。
Wu等人[36]采用金属有机化学气相沉积方法阿(MOCVD)在高温下成功地制备了Mg掺杂的ZnO纳米棒阵列，他们系统地研究了Mg掺杂引起的ZnO纳米棒能带调节现象，Mg在ZnO 纳米棒中的掺杂浓度可达到16.5at.%。
氧化锌掺杂压电水凝胶的制备及其抗菌机理邓伟成;谭帼馨;田雨;梁泽辉;管幼钧;周正难【期刊名称】《中国表面工程》【年(卷),期】2022(35)3【摘要】氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)因其优异的压电特性在生物医学领域中得到广泛应用。
通过对 ZnO 进行硅烷化改性使其表面接枝氨基,并将其掺杂在甲基丙烯酸酐化明胶、N, N-二甲基丙烯酰胺和α-甲基丙烯酸共聚交联的水凝胶中,通过傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1 HNMR)、扫描电镜(SEM)、流变学试验、电学表征、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)及抗菌试验,对水凝胶的成分、形貌、力学性能、压电性能、Zn2+释放量和抗菌性能进行分析。
研究结果表明,掺杂不同浓度的改性氧化锌(KH550-ZnO)后,水凝胶储存模量均高于损耗模量且维持在1.8~2.5 kPa;在 5 N 动态压力作用下,随着 KH550-ZnO 掺杂量的增加,材料产生的电压从 1.7 mV 上升到 30.5 mV。
此外,对压电水凝胶的抗菌机理进行初步探讨,当KH550-ZnO 的掺杂量大于 0.1% g / mL 时,水凝胶对大肠杆菌的抗菌率达到 98%以上,并证实了压电材料的压电性能可增强其抗菌性能。
【总页数】8页(P254-261)【作者】邓伟成;谭帼馨;田雨;梁泽辉;管幼钧;周正难【作者单位】广东工业大学轻工化工学院;华南理工大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】O635;TQ465【相关文献】1.低含量铁掺杂纳米TiO2薄膜的制备及其抗菌机理研究2.室温离子液体中超声制备纳米氧化锌掺杂材料及机理研究3.锰掺杂氧化锌纳米颗粒的制备及抗菌性能评价4.钛铝共掺杂氧化锌和钛掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备与性能对比研究5.银掺杂氧化锌沸石复合物的制备和抗菌性能因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
