Electronic structure and enhanced visible‐light absorption of N,B‐codoped TiO2

We present GGA+U calculations to investigate the electronic structure and visible‐light absorption of N,B‐codoped anatase TiO₂. The N_sB_i (substitutional N, interstitial B) codoped TiO₂ produces significant Ti 3d and N 2p mid‐gap states when the distance of N and B atoms is far, whereas the N_iB_i (interstitial N and B) and N_sB_s (substitutional N and B) codoped TiO₂ prefer to form localized p states at 0.3–1.2 eV above the valence band maximum. Further, the optical band edges of the three codoped systems shift slightly to the visible region, but only the far‐distance N_sB_i codoped TiO₂ clearly shows an optical transition. These results indicate that N_sB_i codoped TiO₂ has a dominant contribution to the optical absorption of N,B‐codoped TiO₂. (© 2012 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Optical and hydrophilic properties of Cr doped TiO2-SiO2 nanostructure thin film

Cr doped TiO₂-SiO₂ nanostructure thin film on glass substrates was prepared by a sol-gel dip coating process. X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were used to characterize the structural and chemical properties of the films. A UV-vis spectrophotometer was used to measure the transmittance spectra of the thin film. The hydrophilicity of the thin film during irradiation and storage in a dark place was measured by a contact angle analyzer. The results indicated that Cr doping has a significant effect on the transmittance and super-hydrophilicity of TiO₂-SiO₂ thin film.     

Reaction mechanism for CO oxidation on Cu(3 1 1): A density functional theory study

The microscopic reaction mechanism for CO oxidation on Cu(3 1 1) surface has been investigated by means of comprehensive density functional theory (DFT) calculations. The elementary steps studied include O₂ adsorption and dissociation, dissociated O atom adsorption and diffusion, as well as CO adsorption and oxidation on the metal. Our results reveal that O₂ is considerably reactive on the Cu(3 1 1) surface and will spontaneously dissociate at several adsorption states, which process are highly dependent on the orientation and site of the adsorbed oxygen molecule. The dissociated O atom may likely diffuse via inner terrace sites or from a terrace site to a step site due to the low barriers. Furthermore, we find that the energetically most favorable site for CO molecule on Cu(3 1 1) is the step edge site. According to our calculations, the reaction barrier of CO + O → CO₂ is about 0.3 eV lower in energy than that of CO + O₂ → CO₂ + O, suggesting the former mechanism play a main role in CO oxidation on the Cu(3 1 1) surface.     

碱土和过渡金属掺杂NdAlo3导电陶瓷的制备、结构与电性能研究

采用有机凝胶法结合后期高温烧结制备了较为致密的六方钙钛矿结构Nd0．9Sr0．1Al1-xO3—δ（M=Co,Fe,Mn;X=0,0．15,0．3,0．5）系列陶瓷,详细研究了过渡金属元素及掺杂量对其结构特征和电性能的影响．结果表明,凝胶前驱体在900。C焙烧5h可制得结晶良好且粒径较为细小的钙钛矿结构精细粉体,陶瓷体的晶格参数随过渡金属含量z的增加而增大,且按Co,Mn,Fe顺序递增;所有陶瓷样品在空气气氛中都是氧离子与电子空穴的混合导体,碱土金属Sr单掺杂NdAlo3的氧离子迁移数由500℃时的0．32单调增加到850℃时的0．63,其电导率随温度的升高由以电子电导为主逐渐转变为以离子电导为主;而Sr与过渡金属共掺杂样品的氧离子迁移数均在0．001以下,其电导率主要取决于P型电导,且随X的增加而增大,并按Mn,Fe,Co顺序递增,相应活化能的变化刚好与之相反,在所制备的样品中Nd0．9Sr0．1Al0．5Co0.5O3—δ具有最高的电导率（800℃时达到100．8S／cm）和最低的表观活化能（0．135eV）．在结构和电性能上所观察到的这些变化行为可根据掺杂过渡金属Co,Fe,Mn的离子半径及其金属一氧（M-O）键的键能和共价性的不同来进行解释．     

Mn4+掺杂对BiFeO3陶瓷微观结构和电学性能的影响研究

利用传统的固相反应法制备了BiFe_1-xMn_xO₃ (x= 0-0.20)陶瓷样品, 研究了不同Mn⁴⁺掺杂量对BiFeO₃陶瓷密度、物相结构、显微形貌、 介电性能和铁电性能的影响.实验结果表明:所制备的BiFe_1-xMn_xO₃ 陶瓷样品的钙钛矿主相均已形成,具有良好的晶体结构, 且在掺杂量x=0.05附近开始出现结构相变.随着Mn⁴⁺添加量的增加, 体系的相结构有从菱方钙钛矿向斜方转变的趋势,且样品电容率大幅度增大, 而介电损耗也略有增加;在测试频率为10⁴ Hz条件下, BiFe_0.85Mn_0.15O₃ (ε_r=1065)的 ε_r是纯BiFeO₃ (ε_r=50.6)的22倍; 掺杂后样品的铁电极化性能均有不同程度的提高,可能是由于Mn⁴⁺稳定性优于 Fe³⁺,高价位Mn⁴⁺进行B位替代改性BiFeO₃陶瓷, 能减少Bi³⁺挥发,抑制Fe³⁺价态波动,从而降低氧空位浓度,减小样品的电导和漏电流.     

极化诱导实现AlGaN薄膜材料中的超高电子浓度(1020cm-3)掺杂

材料的载流子浓度和迁移率是影响器件性能的关键因素, 变温Hall测试结果证明杂质掺杂AlGaN中的载流子浓度和迁移率随温度 降低而减小.然而极化诱导掺杂的载流子浓度和迁移率不受温度变化的影响.以准绝缘 的GaN体材料作为衬底, 在组分分层渐变的AlGaN中实现的极化诱导掺杂浓度 仅仅在10¹⁷ cm^-3数量级甚至更低. 本研究采用载流子浓度为10¹⁶ cm^-3量级的非有意n型掺杂GaN模板为衬底, 用极化诱导掺杂技术在分子束外延生长的AlGaN薄膜材料中实现了高 达10²⁰ cm^-3 量级的超高电子浓度. 准绝缘的体材GaN半导体作衬底时, 只有表面自由电子作为极化掺杂源, 而非有意掺杂的GaN模板衬底除了提供表面自由电子外,还能为极化电场 提供更多的自由电子"源", 从而实现超高载流子浓度的n型掺杂.     

第一性原理研究Te-N共掺p型ZnO

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法对Te-N共掺杂ZnO体系的晶格结构、 杂质态密度和电子结构进行了理论分析.研究表明, N掺杂引起晶格收缩,而Te的掺入引起晶格膨胀, 从而减小晶格应力促进N的掺杂,并且Te由于电负性小于O而带正电, Te在ZnO中作为等电子施主而存在.研究发现, N掺杂体系中在费米能级附件形成窄的深受主能级, 而Te-N共掺体系中, N杂质带变宽,空穴更加离域,同时,空穴有效质量变小,受主能级变浅, 更有利于实现p型特性.因此, Te-N共掺有望成为一种更为有效的p型掺杂手段.     

Sr2 CeO4电荷迁移发光的光谱结构规律研究

利用高温固相反应法分别合成了不同物相形成机理的Sr2CeO4，Sr2CeO4：Ca^2 和Sr2CeO4：Ba^2 样品，并对其光谱特性进行了研究．结果发现，对于由SrO和CeO2直接反应生成的Sr2CeO4(Ⅰ)，激发主峰位于256nm左右；而对于SrCeO4和SrO反应生成的Sr2CeO4(Ⅱ)，激发主峰位于279nm左右．在Sr2CeO4(Ⅰ)中掺入Ca^2 ，其激发光谱随着Ca^2 离子浓度的增加逐渐接近于Sr2CeO4(Ⅱ)的激发光谱．激发主峰带应属于CeO6八面体终端Ce^4 -O^2-键的电荷迁移带．对于激发光谱中340nm左右的弱激发峰，其峰值波长不受形成机理及Ca^2 掺杂的影响，只是其强度随着激发主峰的红移而增加，它可能属于CeO6八面体平面上Ce^4 -O^2-键的电荷迁移带．形成机理及Ca^2 掺杂对发射光谱没有影响．Ca^2 在Sr2CeO4(Ⅱ)与Ba^2 在Sr2CeO4(Ⅰ)和(Ⅱ)中均难于替代Sr^2 的位置．     

分子束外延方法生长p型氧化锌薄膜

用等离子辅助分子束外延 (P MBE)的方法 ,在蓝宝石c 平面上外延生长了p型氧化锌薄膜。在实验中采用高纯金属锌作为Zn源、NO作为O源和掺杂源 ,通过射频等离子体激活进行生长。在生长温度 30 0℃ ,NO气体流量为 1.0sccm ,射频功率为 30 0W的条件下 ,获得了重复性很好的p型ZnO ,且载流子浓度最大可达 1.2× 10 19cm-3 ,迁移率为 0 .0 5 35cm2 ·V-1·s-1,电阻率为 9.5Ω·cm。     

氧气分压对反应溅射制备TiO2薄膜带隙的影响

在不同的氧气分压下 ,用直流反应磁控溅射法制备了玻璃基TiO2 薄膜试样 ,测试了试样的荧光发射光谱。结果表明 ,氧气分压为 0 35和 0 6 5Pa时 ,荧光光谱在 370 ,4 72和 5 14nm处出现发射峰 ;氧气分压为 0 10和 0 15Pa时 ,发射光谱峰出现在 370和 4 90nm处。试样带隙为 3 35eV。0 35和 0 6 5Pa氧气分压下溅射的试样在带隙中有两个分别低于导带底 0 72和 0 94eV的缺陷能级 ,0 10和 0 15Pa氧气分压下溅射的试样在带隙中有一个位于导带底 0 2 3和 1 2 9eV之间的缺陷能带 ;增加氧气分压 ,缺陷能带转变成两个缺陷能级 ,在 0 6 5Pa氧气分压下 ,缺陷能级几乎消失。