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缺陷诱导的Cr掺杂TiO2纳米粉末的铁磁性
引用本文:赵 倩,吴 萍.缺陷诱导的Cr掺杂TiO2纳米粉末的铁磁性[J].无机材料学报,2013,28(10):1098-1102.
作者姓名:赵 倩  吴 萍
作者单位:(1. 内蒙古科技大学 内蒙古自治区白云鄂博矿多金属资源综合利用重点实验室, 省部共建国家重点实验室培养基地, 数理与生物工程学院应用物理系, 包头 014010; 2. 天津大学 理学院, 现代材料物理研究所应用物理系, 天津市低维功能材料物理与制备技术重点实验室, 天津 300072)
基金项目:国家自然科学基金(51074112); 天津市自然科学基金重点项目(11JCZDJC22100); 内蒙古自治区科技厅项目(01311005); 内蒙古科技大学创新基金(2011NCL003)
摘    要:用溶胶-凝胶法制备了金红石 Ti1-xCrxO2 (x=0、0.04、0.08) 纳米粉末。磁性测量结果显示, 制备的 Cr 掺杂金红石 TiO2 纳米粉末具有室温铁磁性, 样品 x=0.04 和0.08 的饱和磁化强度Ms分别为 0.55×10-3和 1.6×10-3 emu/g, (emu/g=4π×10-7Wb•m/kg)矫顽力Hc分别为 220和 40 Oe(Oe=103/(4π)A/m)。Cr 掺杂量较大的样品的饱和磁化强度较大, 在 Ar 气中退火可以使粉末呈超顺磁性。Cr2p 区域的密集扫描 X 射线光电子能谱 (XPS)分析显示, 在所有的样品中 Cr都是以Cr3+存在。电子顺磁共振谱 (EPR)分析表明, 样品中的 Cr3+ 离子仅对其顺磁性有贡献。这些结果提示, 粉末微弱的室温铁磁性来源于掺杂引入的结构缺陷, 其中, 氧空位起重要作用。

关 键 词:Cr  掺杂  TiO2  纳米粉末  室温铁磁性  结构缺陷  氧空位  
收稿时间:2012-12-24
修稿时间:2013-03-03

Ferromagnetism Induced by Defects in Cr-doped TiO2 Nanopowders
ZHAO Qian,WU Ping.Ferromagnetism Induced by Defects in Cr-doped TiO2 Nanopowders[J].Journal of Inorganic Materials,2013,28(10):1098-1102.
Authors:ZHAO Qian  WU Ping
Abstract:Rutile Ti1-xCrxO2 (x=0, 0.04, 0.08) nanopowders were synthesized by the Sol-Gel method. Magnetic measurements indicate that as-prepared Cr-doped rutile TiO2 nanopowders exhibit room-temperature ferromagnetism with saturation magnetizations Ms of 0.55×10-3 and 1.6×10-3 emu/g, respectively, for samples x=0.04 and 0.08. And their coercive forces Hc are 220 and 40 Oe, respectively. The saturation magnetizations Ms increase with increasing Cr doping concentration. Annealed nanopowders in Ar atmosphere are superparamagnetic. The tight scan Cr2p by X-ray photoelectron spectroscopy spectra (XPS) indicates that Cr ions are in the +3 state for all samples. Electron paramagnetic resonance (EPR) spectra indicates that Cr3+ ions contribute only to paramagnetism. Based on above analysis, slight ferromagnetism of Cr-doped TiO2 nanopowders at room temperature originates from structural defects introduced by doping Cr ions, where oxygen vacancies play an important role.
Keywords:Cr-doped TiO2 nanopowders  room temperature ferromagnetism  structural defects  oxygen vacancies  
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