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geo2、β-Ga2O3纳米结构的可控合成及其发光性能

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GeO2、β-Ga2O3纳米结构的可控合成及其发光性能

作者：余杰陕西师范大学

学位级别：硕士

本论文以金属锗粉和金属镓颗粒为原料,分别在硅片上大面积生长出了geo纳米线阵列、片状geo纳米线网络,在镓颗粒表面或硅衬底上生长出了GaO微米带和GaO六边形纳米片.研究了它们的形貌、晶体结构和发光特性,提出了不同形貌geo纳米结构和Ga... 详细信息

本论文以金属锗粉和金属镓颗粒为原料,分别在硅片上大面积生长出了geo纳米线阵列、片状geo纳米线网络,在镓颗粒表面或硅衬底上生长出了GaO微米带和GaO六边形纳米片.研究了它们的形貌、晶体结构和发光特性,提出了不同形貌geo纳米结构和GaO纳米结构的生长机理.为不同形貌geo、GaO一维纳米结构的光电性能和应用研究奠定了一定的基础. (1)geo纳米线阵列的合成和发光性质及其图案化:在马弗炉中加热金属Ge粉到1000℃保温1 h,在喷金硅片表面生长出geo纳米线阵列.同时,结合光刻的技术,制备出了图案化的geo纳米线阵列.所得的geo纳米线阵列为六方相结构,其直径为60-70 nm,长度为4-20μm.研究了反应温度和反应时间对产物形貌的影响,提出了可能的生长机理.从geo纳米线阵列结构中观察到了位于347和364 nm处强的紫外光发光以及403与490 nm处弱的蓝光发光,蓝光发光可能起源于缺陷的发光,而geo的带隙大约为5.0 eV,所以紫外发光并非来自带隙,可能是两种处在不同化学环境中缺陷的发光. (2)片状geo纳米线网络结构的合成和发光性质:在管式炉中加热金属Ge粉和Al粉的混合物,1000℃与氧气反应1 h,在硅片表面沉积得到了片状geo纳米线网络结构.所得的片状纳米线网络为六方相氧化锗,纳米线直径为60-70 nm,长度为20μm左右.研究了反应温度和时间对产物形貌的影响,提出了可能的形成机理.从片状geo纳米线网络结构中观察到了位于365 nm处强的紫外光发光和401 nm及489 nm处弱的蓝光发光.蓝光发光可能起源于缺陷的发光,而紫外发光不可能来自带隙的发光,可能也是一种缺陷的发光. (3)单晶β-GaO微米带的原位合成及光致发光性能:在Ar气气氛中以及HO的存在下将金属镓加热到1050℃,在镓颗粒表面原位生长出β-GaO微米带.研究了β-GaO微米带的生长过程,提出可能的生长机理.在室温下研究所得GaO微米带的光致发光特性,发现了在469 nm处强的蓝光发光,这种发光可能是氧空位的电子与镓-氧空位对上的空穴复合产生的. (4)单晶六边形Ga20a纳米片的合成及其生长机理和光催化:在Ar气气氛中以及NHCl和HO的存在下将金属镓加热到800℃,从镓颗粒表面和周围的硅片上生长出β-GaO六边形纳米片.研究了β-GaO六边形纳米片的生长过程,提出可能的生长机理,探讨了NHCl在纳米片形成过程中的作用.在室温下研究所得β-GaO六边形纳米片的发光特性,发现了在489 nm处强的蓝光发光,并研究了β-GaO六边形纳米片的光催化特性.

关键词： geo2 Ga2O3 纳米线阵列片状纳米线网络微米带六边形纳米片光刻原位生长生长机理光致发光光催化

常见掺杂对geo2及GR/Ag3PO4光催化性能影响的第一性原理研究

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常见掺杂对GeO2及GR/Ag3PO4光催化性能影响的第一性原理研究

作者：何超妮湖南大学

学位级别：硕士

众所周知当今社会大型工业发展的脚步很迅速,但是工业发展的同时也带来了严重的环境污染和能源短缺等问题。其中,环境污染严重影响着人类的健康,同时对世界经济的发展和稳定产生了巨大的阻碍。因此,解决环境污染成为现在人类刻不容缓的... 详细信息

众所周知当今社会大型工业发展的脚步很迅速,但是工业发展的同时也带来了严重的环境污染和能源短缺等问题。其中,环境污染严重影响着人类的健康,同时对世界经济的发展和稳定产生了巨大的阻碍。因此,解决环境污染成为现在人类刻不容缓的任务。但是传统的降解环境污染物的方法不仅效率低,降解不彻底,还可能产生二次污染。近些年科学家发现半导体光催化降解污染物是一种高效率的处理环境污染的方法,并且在对环境的治理中取到了一定的效果。然而半导体光催化剂的缺陷也随之被发现：大多数廉价的、稳定性强的和高催化性能的半导体光催化剂都存在禁带带隙太宽和量子效率不高的问题,这些问题严重影响了半导体光催化剂在实际中的应用。近年,大量的学者都在研究减小半导体光催化剂带隙宽度的方法。在当前研究减小半导体光催化剂带隙宽度的方法中,有两种方法是当前研究的核心：1.考虑扩展光吸收光谱至可见光区域的阳离子或阴离子掺杂;2.与其它系统耦合,以促进电子-空穴对分离。基于以上事实,本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了掺杂对Ge02以及GR/Ag3PO4材料在光催化性能方面的影响。主要研究结果如下：(1)利用第一性原理系统的研究了四种掺杂geo2(N掺杂、N+H掺杂、Ge空位以及O空位)和纯相位的Ge02的结构性质、电子性能和光学性质。通过对四种掺杂模型的计算结果的分析可以得出以下结论：在对Ge02实行N原子掺杂之后,N原子的2p态和O原子的2p态混合组成了杂质能级,杂质能级的出现对Ge02的光催化性能有很大的影响。No-geo2和VGe-Ge02模型在实验上是最可能实现的模型,因为相比于纯相位Ge02这两个模型的光吸收边缘有明显的红移且在可见光范围内(400-600 nm)光吸收强度有明显的加强。总而言之,掺杂之后出现的杂质能级可以有效的阻止电子-空缺的复合效率,同时提高Ge02材料中光电子流密度,从而提升Ge02的光催化性能和扩展其光吸收至可见光区域。(2)利用第一性原理计算研究了掺杂的GR/Ag3PO4(100)复合材料的电荷结构和光学性质。事实证明,掺杂能够调节GR/Ag3PO4的能带结构、电荷结构以及界面电荷转移。并且发现掺杂会改变界面之间的相互作用,从而使得界面的电荷从新分配,杂质原子及与杂质原子相连的C原子成为了光催化作用活跃的点,从而增强了电子的转移,这对增强GR/Ag3PO4(100)在可见光区域的光催化性能极为重要。总而言之,掺杂能够显著的提高GR/Ag3PO4(100)的可见光光催化性能,并且N原子是最适合掺杂到GR/Ag3PO4(100)材料中的掺杂剂。

关键词： GR/Ag3PO4材料掺杂第一性原理计算 geo2 电子结构光催化

玻璃态金属氧化物(ZrO2，geo2)的结构及空位分析：分子动力学模拟

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玻璃态金属氧化物(ZrO2，GeO2)的结构及空位分析：分子动力学模拟

作者：李婷北京化工大学

学位级别：硕士

氧化锆(ZrO)因其优良的物理、化学性质,被广泛的应用于特种陶瓷、电子材料、固体氧化物燃料电池等领域;高温下,ZrO具有优良的氧离子导电性,导电机理尚不明确;同时,在工业生产ZrO薄膜的过程中,非晶态ZrO低温下易重结晶,如何提高其重结晶... 详细信息

氧化锆(ZrO)因其优良的物理、化学性质,被广泛的应用于特种陶瓷、电子材料、固体氧化物燃料电池等领域;高温下,ZrO具有优良的氧离子导电性,导电机理尚不明确;同时,在工业生产ZrO薄膜的过程中,非晶态ZrO低温下易重结晶,如何提高其重结晶温度也成为研究热点之一。 geo因其具有与SiO相似的结构,并且二者同时是存在与自然界中的天然的玻璃态结构,同时,geo在高压下会经历独特的压力诱导的相变。我们用MD模拟,采用“熔融-急冷”技术产生并计算了玻璃态ZrO的结构。在以0.1K/ps的急冷过程中,基于势能、平均配位数随温度的变化,得出结论:ZrO玻璃态相变发生在2200～2000K区间。我们采用Gianluca Malavasi等人的空位算法,结果显示,2200K与2000K的体系比液态与玻璃态ZrO更加松散。α-ZrO的空位分布(R)呈双峰分布,最高峰值半径为0.8(?);l-ZrO的空位分布呈单峰分布,峰值对应的空位半径较大,说明液态比玻璃态结构更松散。我们用瓶颈半径(R)分析了空位及粒子间通道的大小,玻璃态结构的最大概率R值为0.8(?),最大的通道半径为2.2(?)。空隙率计算显示,液态与玻璃态具有更大的空隙率,而在玻璃态相变区域,空隙率较小。我们采用分子动力学模拟分析了压力诱导的结构相变及空位结构变化,压力由1GPa,以2GPa为间隔,最终加压至25GPa。结果显示,结构变化为渐变过程,即四配位、五配位、六配位结构并存。体系密度变化及四面体内部键角∠O-Ge-O的变化表明,当压力低于5GPa时,体系结构变化主要是四面体的形变。四面体向六面体结构转变的结构相变发生在13～15GPa。R、R、R均随着压力升高而减小,并且体系中的通道半径由3.9(?)(1GPa)减小为1.2(?)(25GPa)。

关键词：分子动力学(MD)模拟玻璃态 ZrO2 geo2 结构空位分析

GaN、geo2一维纳米结构的原位生长与发光特性

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GaN、GeO2一维纳米结构的原位生长与发光特性

作者：张瑞刚陕西师范大学

学位级别：硕士

本论文以金属镓和单质锗片为原料,分别在镓颗粒和单质锗片上原位火面积生长出了GaN纳米带、z字结构纳米线和geo纳米线以及图案化geo微米线。研究了它们的形貌、晶体结构和发光特性,提出了不同形貌GaN纳米结构和geo纳米线的生长机理。为... 详细信息

本论文以金属镓和单质锗片为原料,分别在镓颗粒和单质锗片上原位火面积生长出了GaN纳米带、z字结构纳米线和geo纳米线以及图案化geo微米线。研究了它们的形貌、晶体结构和发光特性,提出了不同形貌GaN纳米结构和geo纳米线的生长机理。为不同形貌GaN、geo一维纳米结构的光电性能和应用研究奠定了一定的基础。 (1)在氢气气氛中加热金属镓到1050℃(通人氢气前没有抽真空除空气),与氨气反应30min,在镓颗粒表面原位生长出了GaN纳米带、纳米环和Z字结构纳米线。所得的不同形貌GaN纳米结构均为单晶六方纤锌矿结构,纳米带宽度在20～300 nm,长达30μm;纳米环直径在5～8μm范同;Z字结构纳米线的直径约为160nm。研究了反应温度和时间对产物形貌和结构的影响,提出了不同形貌GaN纳米结构的可能形成机理。从GaN纳米结构中观察到了发光峰位丁361nm强的紫外光发光和456 nm弱的蓝光发光,这两种发光分别起源于GaN宽带隙带边的激子发射和浅的给体向深的局域受体的跃迁。 (2)加热前抽真空,以除去管式炉内的残余空气,然后在氢气中加热到900～1050℃,通过金属镓与氨气直接反应,在镓颗粒和氧化铝衬底上原位生长出了GaN纳米线、Z字结构纳米线和纳米锯。所得不同形貌GaN均为单晶六方相结构,纳米线直径在90～650 nm,长度达30μm;Z字结构纳米线的直径为300 nm,长达150μm;纳米线的生长遵循气一固生长机理,解释了不同形貌GaN纳米结构的形成原因。发现了发光峰位于362 nm强的紫外光发光和460 nm弱的蓝光发光,这两种发光分别起源于GaN宽带隙带边的激子发射和浅的给体向深的局域受体的跃迁。 (3)以Au作催化剂通过金属锗与水蒸气在450～700℃的氧化反应,在单质锗表面原位大面积生长出了geo纳米线。在450～500℃和600～700℃分别得到立方相和六方相单晶结构的geo纳米线。通过改变反应温度和时间,纳米线的直径可在20～150 nm、长度可在500nm～200μm范围内调节。纳米线的生长遵循气-液-固生长机理。发现发光峰位于352、397和480 nm强的紫外光和蓝光发光,这两种发光可能分别起源于geo纳米线中氧空位与间隙氧之间的跃迁和氧空位中的电子与锗-氧空穴中心的空穴复合。 (4)采用光刻技术在单质锗片上制备出图案分布的Au催化剂,将覆盖有Au图案的锗片在空气中加热到600℃,在单质锗表面原位生长出了图案化的geo微米线。所得geo微米线为单晶六方相结构,直径约1μm,长达10μm。研究了geo的形成过程,提出了锗的固-液-固和氧的气-液-固协同作用形成geo微米线的生长机理。

关键词： GaN geo2 纳米带 Z字结构纳米线纳米线图案化原位生长生长机理光致发光

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geo2单晶中Cr3+的双光子吸收和发光

厦门大学学报(自然科学版) 1986年第4期 422-427页

作者：陈书潮 H·J·Weber 厦门大学物理学系西德Dortmund大学物理学系

Cr3+掺杂在geo2单晶中,其温度为10K—290K时都可观察到Cr3+的双光子吸收。同时吸收双光子后,Cr3+离子被激发到~4T1(p)态,经无辐射跃迁到~2T18。和~2Eg态,最后辐射出一个光子回到基态~4A2(F),其辐射光的偏振特性与泵浦光完全一致。按配... 详细信息

Cr3+掺杂在geo2单晶中,其温度为10K—290K时都可观察到Cr3+的双光子吸收。同时吸收双光子后,Cr3+离子被激发到~4T1(p)态,经无辐射跃迁到~2T18。和~2Eg态,最后辐射出一个光子回到基态~4A2(F),其辐射光的偏振特性与泵浦光完全一致。按配位场理论计算的配位场参数分别为Dq=1620cm-1,B=577cm-1,C=3122cm-1。所观察到的激发谱线和辐射谱线的微细分裂被归结为~4A2(F)的分裂。从明显的各向异性结果看,Cr3+是处在具有低对称畸变的八面体对称的晶格位置。

关键词：双光子吸收激发谱辐射谱泵浦光强 geo2 单晶晶形 Cr

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geo2单晶体的双光子吸收四极矩辐射发光

厦门大学学报(自然科学版) 1985年第1期 33-40页

作者：陈书潮厦门大学物理学系

本文研究了在4.2K?125K温度范围内,geo2单晶体的双光子吸收激发1S激子后产生的四极矩辐射（TPAQL）,标出了各辐射线所伴随的辐射声?类型。观测了辐射强度Sr和泵浦光强IL的关系,并用1S激子态和2P激子态的部份重要解释了S1∞IL的结果。发... 详细信息

本文研究了在4.2K?125K温度范围内,geo2单晶体的双光子吸收激发1S激子后产生的四极矩辐射（TPAQL）,标出了各辐射线所伴随的辐射声?类型。观测了辐射强度Sr和泵浦光强IL的关系,并用1S激子态和2P激子态的部份重要解释了S1∞IL的结果。发现了激发1S激子的能量随温度??而红移现象以?一个非常强和宽的辐射带,后者归为1S激子解体后为子??到微量杂质的较高能级再回到起始态所引起的辐射。

关键词：激子态四极矩双光子吸收 geo2 单晶体