掺镧BiFeO3薄膜的制备及光伏特性研究

采用溶胶–凝胶法,用乙二醇甲醚作溶剂溶解Bi(NO3)3、Fe(NO3)3和La(NO3)3制备前体溶液,通过化学溶液沉积法在FTO导电玻璃基板上合成La3+掺杂的BiFeO3(BFO)薄膜,并研究了La3+掺杂对BiFeO3的能带及其光伏性能的影响。BiFeO3薄膜呈多晶钙钛矿结构,且随着La3+掺杂量的增加,BiFeO3的晶格常数依次递减。掺杂10%La3+的BiFeO3的能隙比未掺杂时稍有减小,为2.71 eV,随着La3+掺杂量的增加,BiFeO3的能隙增加到2.76 eV。采用改良法制备的La3+的掺杂量为10%的BiFeO3薄膜的最大开路电压为0.4 V,具有良好的光伏性能。     

多铁材料BiFeO3的制备与表征

以硝酸铁和硝酸铋为反应物,柠檬酸为络合剂,硝酸为催化剂,采用柠檬酸溶胶–凝胶法制备粒径分布均匀的多铁性材料BiFeO3纳米粉体,通过TG-DSC、XRD、FT-IR、SEM及AFM等手段对样品的结构、形貌及纯净度进行表征.研究结果表明,在溶胶过程中前驱液的pH值以及干凝胶的煅烧温度等合成条件对BiFeO3纳米粉体的制备和纯净程度都有一定的影响,最佳的合成条件是前驱溶液的pH=7～8,干凝胶的煅烧温度为600℃.在该条件下得到的BiFeO3纳米粉体中无杂相Bi25FeO40和Bi2Fe4O9等,纳米颗粒尺寸在100 nm左右,分散性良好,饱和磁化强度Ms=1.08 A·m2/kg,剩余磁化强度Mr=0.13 A·m2/kg,矫顽力Hc=15.76 kA/m.     

Nb、K共掺对BiFeO3纳米晶体结构和磁性的影响

采用溶胶-凝胶法制备Bi_(1-x)K_xFe_(1-x)Nb_xO_3(0≤x≤0.05)纳米晶体,并研究Nb、K共掺杂对BiFeO_3样品晶格结构和磁学性质的影响。根据XRD图谱和Rietveld精修可知,所有样品保持R3c相,晶格常数a、c,晶胞体积V和Fe-O-Fe发生微弱的变化。XPS测量显示,少量的Nb、K共掺杂不引起样品中Fe~(3+)和Fe~(2+)比例的变化。磁测量表明,所有掺杂样品的磁性都得到了增强。当掺杂量x=0.01时,剩余磁化强度Mr达到最大值,Mr=0.1978emu/g,相比于纯BiFeO_3增大了18倍。低掺杂时剩余磁化强度Mr增大,可能是由于掺杂样品中存在束缚磁极化子引起的。     

掺杂Zr对Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜性能的影响

本文采用x射线衍射法对溶胶-凝胶法备制B位掺杂Zr的铁电薄膜Bi3.15Nd0.85Ti3-xZrxO12。对所制备的薄膜进行XRD测试、疲劳分析及铁电性能分析。结果表明:对BNT进行B位Zr4+掺杂后,随着掺量的增加,BNTZ薄膜的剩余极化值逐渐增加,当x=6%时达到最大,随后随着Zr掺量的继续增加,剩余极化值开始减小,而矫顽电压Vc值几乎没有什么变化;掺杂了Zr薄膜的疲劳特性均比未掺杂的BNT薄膜的要差一些。     

Mg2+掺杂对SrTiO3薄膜光电特性的影响

利用溶胶-凝胶法在Al2O3陶瓷片上制备掺Mg的SrTiO3薄膜。在SrTiO3中掺杂不同含量的Mg离子,Mg在钛酸锶中取代钛位,形成受主掺杂。研究了掺杂对薄膜电阻率的影响,实验表明,当掺杂浓度为4%时,电阻率最小。当掺杂浓度为4%时,薄膜电阻率会随着光功率变化而变化,当光功率<100W时,电阻迅速减小,超过100W时,减小幅度变小。     

La和Nb共掺提高BiFeO3的磁学性能

采用溶胶-凝胶法成功制备了Bi_(1-x)La_xFe_(0.99)Nb_(0.01)O_3(x≤0.25)纳米颗粒样品,并研究了La和Nb共掺对BiFeO_3样品的晶体结构、晶粒尺寸和磁学性质的影响。根据X射线衍射及Rietveld精修结果可知,所有样品都保持R3c空间结构,且Fe-OFe键角随着La掺杂量的增加而减小。XPS测试结果表明,La和少量Nb共掺不会引起样品中Fe~(3+)和Fe~(2+)含量的明显变化。磁性测量发现剩余磁化强度强烈依赖于La掺杂量x。La掺杂影响着反向旋转的FeO_6八面体结构变化,而Nb离子掺杂会导致样品晶粒细化。共掺BiFeO_3的磁性增强是两种影响机制协同作用的结果。     

溶胶-凝胶法制备BiFeO3铁电薄膜的结构和特性

采用 sol gel 方法在 Pt/Ti/SiO2/Si 衬底上制备出纯相铁酸铋薄膜。采用热分析方法研究了凝胶的化学变化和析晶过程。分析讨论了退火温度对薄膜的结构和形貌的影响。并用 XRD、SEM 等手段对样品在不同温度条件退火处理后的薄膜相和形貌进行了分析。在800℃时采用层层退火方式,有效抑制 Fe价态转化,从而降低了电子波动引发的氧空位数目,制备出纯铁相高电阻率的BiFeO3 铁电薄膜,并观测到饱和电滞回线,其 Ps 和 Pr 分别为 6.9μC/cm2 和 2.8μC/cm2。     

Zn掺杂SrTiO3光催化剂的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同Zn含量掺杂的SrTiO_3光催化剂(Zn-SrTiO_3),通过X射线衍射(XRD)、扫描电子镜显微(SEM)和荧光光谱(PL)对其进行了表征,用亚甲基蓝(MB)光催化降解实验评价了其光催化活性。结果表明,SrTiO_3经Zn掺杂后仍然保持了钙钛矿结构,Zn~(2+)进入SrTiO_3晶格对Sr2+进行了替位掺杂,导致晶格畸变;热处理温度升高,样品发生热团聚;适量的Zn掺杂,能有效降低光生电子和空穴的复合几率,提高SrTiO_3的光催化活性;当掺杂量n(Zn)∶n(Sr)=1.5∶100,热处理温度900℃时制备的样品光催化活性达95.5%,明显优于同等条件下纯SrTiO_3活性58.5%,样品具有较高的光催化活性和良好的稳定性。     

LaNiO3凝胶薄膜微细图形的制备

采用溶胶-凝胶工艺,以Ni(Ac)_2、La(NO_3)_3为前驱原料,以乙醇和乙二醇甲醚为溶剂,以丙烯酸为稳定剂,乙酰丙酮(AcAc)为化学修饰剂制备了感光性LNO溶胶。通过其溶胶的紫外和红外吸收光谱研究了感光性LNO溶胶的紫外感光机理,并运用溶胶-凝胶直接感光法制备出LNO薄膜的微细图形。     

TiO2 /BiFeO3薄膜中增强的磁性和铁电性能

为改善铁酸铋(Bi Fe O3)薄膜的铁电性能,通过溶胶-凝胶和磁控溅射的方法在Au/Pt/Cr/Si基底上制备了Ti O2/Bi Fe O3(Ti O2/BFO)和Bi Fe O3薄膜.采用扫描探针显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、铁电测试仪和物理性能测量仪对薄膜进行了物性表征.实验结果表明:Ti O2阻挡层抑制了BFO薄膜表面缺陷的形成,提高了复合薄膜的绝缘性能,使Ti O2/BFO薄膜中泄漏电流明显降低,且导电机制由欧姆型向空间电荷限制传导型转变.此外,溅射Ti O2阻挡层破坏了BFO表面的螺旋结构,使Ti O2和BFO之间晶格失配而产生界面应力,提高了薄膜的磁电性能.在顶电极和铁电层之间引入阻挡层是提高BFO薄膜磁电性能的一种有效方法.     

溶胶凝胶法混合掺杂SnO2薄膜的返回特性研究

在常温、加温和光照三种环境下,通过采用溶胶凝胶法在玻璃基片上制备成的混合掺杂Cu_TiO2和Fe_TiO2的SnO2薄膜在乙醇、丙酮两种气氛作用下进行气敏反应前后的光反射谱测试,研究薄膜的返回特性。研究分析表明,掺杂SnO2薄膜在常温返回特性不理想,在100℃加温3分钟和红外线光照10分钟后,掺杂SnO2薄膜测试光反射谱表明返回特性表现良好,能在较短时间和较宽波段内返回。     

铁、铬离子掺杂对TiO2薄膜光催化活性的影响

采用溶胶-凝胶法在釉面砖表面制备了均匀的TiO2薄膜,并研究了铁、铬离子掺杂对TiO2光催化性能影响。对罗丹明B的光降解实验表明,适量的铁、铬离子掺杂均可提高TiO2薄膜的光催化活性,铁离子的掺杂效果明显高于铬离子,而铬离子的掺杂方式影响TiO2薄膜的光催化活性,这主要基于它们不同的掺杂机理。     

无机盐-螯合-凝胶法制备的铁酸铋薄膜的工艺研究

采用无机盐-螯合-溶胶凝胶法成功制备了BiFeO3薄膜.研究了不同基片、热处理工艺对薄膜相结构的影响.通过DTA-TG与FT IR对溶胶前躯体进行表征,分析了BiFeO3溶胶与薄膜过程机理并确定了铁电相转变温度为856℃.通过XRD、SEM分析了薄膜的晶相及表面形貌.结果表明,薄膜呈随机取向,氮气环境中退火可提高薄膜结晶度.600℃退火下薄膜厚度平均是400nm左右.VSM表明随着退火温度的增加,BiFeO3薄膜的磁化率增大.     

Al掺杂TiO2多孔薄膜的制备及其染料吸附性研究

采用溶胶-凝胶法在普通玻璃基底上制备了Al3+掺杂的TiO2薄膜,采用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和紫外-可见分光光度计,分析了Al3+掺杂量对TiO2薄膜的微结构、表面形貌以及染料吸附特性的影响。结果表明:Al3+的掺杂能够抑制TiO2晶粒的生长,提高薄膜表面均匀度;但是Al3+含量过高,会造成当TiO2薄膜对染料的吸附量减小时,吸光度降低。因此,Al3+的掺杂量在TiO2摩尔量的1%左右时,薄膜具有较好的多孔结构和染料吸附量。     

Fe3+掺杂TiO2纳米粉体的制备及性能

为了研究Fe3+掺杂TiO2纳米粉体的制备工艺及性能,选取Fe3+掺杂量、浓硝酸、冰醋酸、煅烧温度等因素设计正交实验,利用溶胶-凝胶法制备Fe3+掺杂TiO2纳米粉体,通过拉曼光谱、X射线衍射、透射电镜等检测技术对粉体性能进行表征。结果表明,与溶胶-凝胶法制备的纯TiO2纳米粉体相对比,Fe3+掺杂TiO2纳米粉体的X射线衍射峰强度降低,晶粒细化,拉曼光谱谱峰宽化、蓝移;对甲基橙溶液的降解实验表明Fe3+掺杂TiO2纳米粉体光催化活性明显提高。     

Pr掺杂Sm0.5Sr0.5CoO3阴极的性能研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)因能量转换效率高,绿色无污染而备受关注。研究发现,钙钛矿结构的Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ(SSC)是电子-离子混合导体,具有良好的氧还原活性,以及电导率高、极化电阻低等优点。为了探究镧系元素Pr掺杂对SSC阴极性能的影响,采用溶胶-凝胶法制备Pr_xSm_0.5-xSr_0.5CoO₃(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)阴极粉体,对其进行一系列表征和电化学性能测试。电化学阻抗谱(EIS)测试表明,当Pr掺杂量为0.3时,PSSC-30阴极在550～750℃范围内的极化电阻均小于其他掺杂量;在700℃时,全电池的功率密度达到最大,为311.06mW/cm²。     

掺杂Ni2+的六方相ZnTiO3的光致发光性能研究

钛酸锌(ZnTiO3)作为一种有应用潜力的光致发光材料,近年来得到了研究者的广泛关注。但目前的相关报道都是围绕立方相ZnTiO3的发光性能展开论述,没有关于六方相ZnTiO3发光性能的研究。以去离子水作溶剂,采用溶胶-凝胶法制备出掺杂Ni 2+的六方相ZnTiO3粉体,利用X射线衍射仪对其物相结构做了分析,使用荧光分光光度计对其激发光谱和发射光谱进行了表征,并将其与纯六方相ZnTiO3的发光性能做了对比分析。结果表明,在600℃制备出的样品主晶相均为纯六方相ZnTiO3,Ni 2+的引入并没有改变ZnTiO3的物相结构。Ni 2+掺杂量在3.0%以下的样品发射峰强度增大,原因是Ni 2+作为能量传递介质,提高了样品的发光效率;但Ni 2+掺杂量达到4.0%时,发生了浓度猝灭现象。Ni 2+在ZnTiO3中位于原Zn2+的格点位置。     

Pb1-xLaxTiO3薄膜的制备及特性研究

用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si(100)基底上制备Pb1-xLaxTiO3(PLT,x≤0.2)薄膜,研究薄膜的结构及其介电、铁电性能.在600℃下退火1h的PLT薄膜表现出单一的钙钛矿结构,(100)择优取向明显.在室温下PLT薄膜有典型的电滞回线.在x≤0.2(摩尔比)的范围内,PLT薄膜的矫顽场、剩余极化强度都随着La的增加而降低,相对介电常数则随着La的增加而增加.     

不同晶向BiFeO3薄膜的表征及导电性研究

采用脉冲激光沉积技术,在(110)和(100)两种晶向的钛酸锶(SrTiO₃)衬底上,先后异质外延生长钌酸锶(SrRuO₃)氧化物底电极和铁酸铋(BiFeO₃),形成BiFeO₃/SrRuO₃/SrTiO₃结构的铁电薄膜。用原子力显微镜、压电力显微镜和XRD对BiFeO₃薄膜进行微观表征,分析其表面形貌、电畴结构和结晶程度。通过磁控溅射的方法生长Au上电极,测试两种晶向BiFeO₃薄膜的电滞回线以及I-V特性曲线,通过对比发现(100)晶向的BiFeO₃薄膜导电性更强;最后对I-V曲线进行拟合,综合分析证明不同晶向的铁酸铋薄膜导电性不同的主要原因是受膜内陷阱密度、结晶度和空间电荷限制导电机制的影响。