W-Cu共掺杂ZnO电子结构和光学性质

采用了基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnO, W单掺杂ZnO, Cu单掺杂ZnO,以及W-Cu共掺杂ZnO电子结构和光学性质.计算结果表明:W掺杂属于n型掺杂, Cu掺杂属于p型掺杂,单掺杂均可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性. W-Cu共掺杂时ZnO进入简并状态,呈现金属性质.三种掺杂ZnO的吸收光谱均发生红移,其中W-Cu共掺杂时, ZnO对太阳光谱的吸收效果最好.     

Cu-Fe共掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理计算研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnO,Cu、Fe单掺杂和Cu-Fe共掺杂ZnO的电子结构和光学性质.计算结果显示:Cu掺杂属于p型掺杂,Fe掺杂属于n型掺杂,单掺杂时Cu-3d态电子和Fe-3d态电子均在禁带形成杂质能级,从而提高ZnO的载流子浓度,改善ZnO的导电性能,而Cu-Fe共掺杂时ZnO半导体进入简并态,呈现金属特性.掺杂后的ZnO介电函数虚部变化主要集中在低能量区域,光谱吸收系数及反射率曲线发生红移,其中本征ZnO对太阳光谱有较好的透射性,Fe单掺杂和Cu-Fe共掺杂ZnO对可见光谱有相似的吸收效果,而Fe单掺杂ZnO对近紫外区域的光谱透射率更小,适用于制备防紫外线薄膜.     

碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算研究碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质.计算结果表明：C原子替代O原子和C原子替代Zn原子两种掺杂体系的电子结构存在明显差异,这主要是由于C原子的电子分布及对周围原子的影响不同;碳掺杂ZnO光学性质的变化集中在低能量区,而高能量区的光学性质没有明显变化.结合电子结构定性解释了光学性质的变化.关键词：ZnO碳掺杂电子结构光学性质     

Li掺杂ZnO系统的电子结构和光学性质

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了Li掺杂ZnO系统的电子结构和光学性质.结果表明,随着掺杂浓度的增大,带隙线性增大,吸收边蓝移.由于杂质吸收,掺杂系统在可见光区附近产生了新的吸收峰,适度掺杂可以提高可见光的吸收率,改善系统的光催化特性.

     

第一性原理方法研究N-Pr共掺杂ZnO的电子结构和光学性质

作为一种稳定性好、抗辐射能力强、原材料丰富的宽禁带半导体, ZnO在光催化的研究领域中成为热点材料,但是其仅能吸收可见光中的紫光,因此如何扩大ZnO对可见光的响应范围是一个值得研究的问题.掺杂改性是解决这个问题的常用方法.基于以上考量,本文应用第一性原理计算方法研究了N与Pr掺杂对ZnO的电子结构和光学性质的影响.研究结果表明:共掺体系比单掺体系更容易形成,且共掺体系的稳定性随Pr浓度的增加先增强后变弱;同一体系的最短Zn—O键与最长Zn—O键的布居数比例随杂质浓度的增大先增大后减小,说明杂质的掺入对体系的晶格畸变有很大的影响,有利于光生空穴-电子对的分离,从而提高材料的光催化活性. N 2p态与Pr 4f态发生杂化对晶体的完整性产生了破坏,在杂质原子周围形成晶场,造成能级劈裂,带隙减小;介电函数虚部的主峰位均向低能区域移动,吸收光谱中各掺杂体系发生红移,各共掺体系随着杂质原子Pr浓度的增加,在可见光区的响应范围依次扩大,吸收能力也依次增加,说明N与Pr的共掺杂对提高ZnO的光催化性是有利的.     

不同浓度Ag掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,研究了不同浓度Ag掺杂ZnO体系的电子结构和光学性质。计算结果表明,不同浓度Ag原子代替Zn原子后会导致电子结构和光学性质有显著的改变,能带随掺杂浓度的增大带隙渐渐变窄,光吸收、反射等也随银掺杂浓度的增大先是向高能端偏移再向低能端移动。这暗示Ag掺杂ZnO对其电子结构及光学性质有很大的影响,为进一步研究掺杂对ZnO性质的影响提供理论基础。     

W掺杂ZnO电子结构与光学性质第一性原理计算

采用了基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算本征ZnO和不同W掺杂浓度下W:ZnO体系的电子结构和光学性质.计算结果表明:W掺杂可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性.掺杂后,吸收光谱发生红移现象,且光学性质变化集中在低能量区,而高能量区的光学性质没有太大变化,计算结果与相关实验结果相符合.最后,结合电子结构定性分析了光学性质的变化.     

Co和Mn共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的总体能量平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似,对未掺杂ZnO与Co和Mn共掺杂ZnO的32原子超原胞体系进行了几何结构优化,计算了纤锌矿结构ZnO与Co和Mn共掺杂ZnO的能带结构、电子态密度和光学性质,并进行了详细的分析.计算结果表明,相对于未掺杂ZnO,Co和Mn共掺杂ZnO的禁带宽度有所减小,对紫外-可见光的吸收能力明显增强.关键词：ZnO第一性原理电子结构光学性质     

Na-Mg共掺杂ZnO薄膜的结构和光学性质

利用溶胶-凝胶法,在普通载玻片上使用旋转涂膜技术制备了具有c轴择优取向生长的Na-Mg共掺杂的ZnO薄膜。用XRD、SEM、光致发光(PL)及透射光谱对薄膜样品进行了表征。结果表明:Na-Mg共掺杂有利于ZnO薄膜的c轴择优取向生长,并且随着Na⁺掺杂浓度的增加,晶粒尺寸先增大后减小;通过比较不同掺杂浓度ZnO薄膜的PL谱,推测发光峰值位于380nm的紫外发射与ZnO的自由激子复合有关;发现掺入Mg的确能使ZnO禁带宽度增大,掺杂组分为Na_0.04Mg_0.2Zn_0.76O时,其PL谱只有一个很强的紫光发射峰,其近带边紫外光发射强度较未掺杂的ZnO增强了近10倍,极大地提高了薄膜紫外发光性能;并且随Na⁺浓度增加薄膜透光性减弱。     

过渡金属与氮共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA)研究了过渡族金属(Mn,Fe,Co,Cu)与N共掺杂ZnO的能带结构、电子态密度分布、差分电荷密度和光学性质.计算表明Mn,Fe,Co与N共掺ZnO的光学性质与Mn,Fe,Co单掺杂相近,但是过渡族金属与N共掺杂有利于获得p型ZnO.关键词：ZnO第一性原理电子结构光学性质     

ZnO2与其热分解所得的ZnO粉末的拉曼光谱研究

利用ZnO2热分解方法制备的ZnO粉末的拉曼光谱,通过分析不同加热温度下所得样品强激光烧蚀后拉曼峰位的差异并对比其他方法所制样品的光谱,指出333 cm-1拉曼峰应当归结为E2(high)和E2(low)的差频,而661 cm-1峰为其二倍频。此外,在量化计算和红外光谱的辅助下,对文献中关于ZnO2粉末在400～500 cm-1之间所观测到的拉曼峰的指认提出了不同看法。     

直流磁控反应溅射法制备大面积AZO薄膜的实验研究

用锌铝合金靶在苏打玻璃上制备大面积AZO半导体透明薄膜,降低了靶材费用。实验中采用靶体旋转的直流磁控溅射工艺,提高了靶材利用率,实现了大面积均匀镀膜,并能获得定向生长的薄膜。文章介绍了采用该方法制备大面积薄膜的实验,并用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等多种分析方法对大面积薄膜的结构、形貌、电学性能及光学性能进行分析,实验结果表明,采用合金靶做靶源,氩作工作气体,控制好氧气分压,大功率溅射可以获得定向性好、致密、均匀、透射率高、电阻率低的优质大面积(300 mm×300 mm)AZO薄膜。     

花状ZnO纳米结构的液相合成和光学性能

在常压下,以ZnCl₂和NaOH为原料,不添加任何表面活性剂等有机物质,研究了用60℃恒温搅拌的湿化学法制备花状纳米ZnO。XRD、SEM和TEM分析结果表明:所得纳米ZnO是由平均直径约为80nm左右的纳米棒组成的花状结构,其平均长度可达1μm;利用紫外-可见分光光度计测试了光吸收性能,发现ZnO产物对300~380nm波长范围的光有强的吸收性;室温光致发光光谱显示:产物在462nm和620nm处分别出现了蓝光发射和较强较宽的红光发射。     

ZnO基紫外探测器研究进展

近年来，直接带隙宽禁带半导体ZnO（3．37eV）以其优越的光电特性而成为紫外探测领域研究中的新热点。文章介绍了不同类型的ZnO基紫外光敏探测器的结构和性能，并对ZnO基紫外光敏探测器的最新研究进展和应用前景进行探讨和展望。     

Suppression of the green photoluminescence band in ZnO embedded into porous opal by spray pyrolysis

The photoluminescence (PL) and transmittance characteristics of the zinc oxide embedded into voids of FCC sub-micron packed silicon dioxide spheres by using technologically simple and inexpensive spray pyrolysis are reported. The uniform formation of ZnO nanocrystalline particles inside of the porous opal takes place after deposition in aqueous solution with zinc nitrite hexahydride precursor followed by thermal annealing. The decrease of green PL is observed due to the inhibition of spontaneous emission through oxygen vacancies in ZnO. The strong red shift of the transmittance characteristics signifies the essential filling of voids in the opal matrix.     

火焰喷雾法合成ZnO和MgxZn1-xO纳米颗粒的光学性能研究

利用火焰喷雾法成功制备了纳米级的ZnO和Mgxzn1-xO颗粒.通过对样品的X射线衍射谱和场发射扫描电子显微镜照片分析,发现制备的颗粒大小较为均匀,直径在20 nm左右;镁元素的掺入引起晶格常数变小.通过透射光谱和光致发光谱的测量,发现MgxZn1-xO颗粒的禁带宽度远大于ZnO颗粒的禁带宽度,同时对两组样品的紫外发光和可见发光的强度变化和发光机理进行了探讨.     

ZnO亚微米和微米棒的晶体生长及发光性质

用硝酸锌Zn(NO₃)₂·4H₂O和六亚甲基四胺(CH₂)₆N₄,通过化学溶液法在玻璃衬底上生长出ZnO六角形亚微米和微米棒(长5~6μm,直径0.8~5μm)。生长时间达两天后,ZnO棒呈中空六角形微米管。测量了样品的X射线衍射(XRD)谱,扫描电镜像和喇曼光谱。ZnO微米棒的光致发光为橙红色宽谱带发射(峰值630nm,半峰全250nm),其激发光谱除带间本征激发(短于370nm)外,还有很强的在导带底附近的室温激子激发峰(峰值387nm,半峰全宽30nm)。而阴极射线发光有两个发射峰,橙色宽谱带强峰(峰值580nm,半峰全宽约为140nm)是缺陷发光峰,近紫外窄谱带弱峰(峰值395nm,半峰全宽约为20nm)是激子发光峰。     

AZO(ZnO:A1)电子结构与光学性质的第一性原理计算

计算了不同Al掺杂浓度下ZnO体系电子结构和光学属性.分析了掺杂对AZO(ZnO:A1)晶体结构、能带、态密度、光学性质的影响.所有计算都是基于密度泛函理论框架下的第一原理平面波赝势方法.计算结果表明:Al掺杂ZnO在导带底引入了大量由掺杂原子贡献的导电载流子,明显提高了体系的电导率.费米能级进入导带.同时,光学性质的计算表明光学带隙明显展宽,且向低能方向漂移;AZO透明导电材料的光学透过率在可见光范围内高达85%,紫外吸收限随着掺杂浓度的增加而发生蓝移.所有计算表明AzO材料可作为优良的透明导电薄膜材料.     

Mg掺杂ZnO纳米晶的低温共沉淀法制备及光学性质

采用共沉淀(co-precipitation)法制备了Mg掺杂ZnO纳米晶,分别用X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见吸收(UV-Vis)光谱、光致发光(PL)光谱、透射电镜(TEM)、电子顺磁共振(EPR)等分析手段对样品进行了表征。探究了Mg离子在ZnO纳米晶中的存在状态,ZnO纳米晶颗粒尺寸和发射光谱随Mg掺杂浓度的变化,并对其发光机理进行了分析。结果表明:Mg离子在ZnO晶格中以部分晶格位,部分间隙位的方式存在,没有形成MgO表面壳层结构;随Mg掺杂浓度的增大,ZnO纳米晶的颗粒尺寸变小,发射光的光强增大。发射光的最佳激发波长为342nm,中心波长为500nm,荧光量子产率为22.8%。实验分析表明:Mg离子的掺杂在ZnO纳米晶中引入了锌空位(V_Zn),间隙位的镁离子(I_Mg),提供了新的复合中心,从而增强了ZnO纳米晶的光致发光。