4d金属掺杂MoS_(2)改善对NO_(2)传感性能的机理研究

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作者 潘一翠 罗磊 +4 位作者 高鑫 付岳 牟芷瑶 朱洪强 冯庆 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第2期175-181,共7页

二硫化钼(MoS_(2))是一种热门的气体传感器材料.针对MoS_(2)与气体分子之间的弱相互作用问题,掺杂是一种有效的解决方式.本文利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势计算方法,对二氧化氮(NO_(2))分子在4d金属掺杂后的MoS_... 二硫化钼(MoS_(2))是一种热门的气体传感器材料.针对MoS_(2)与气体分子之间的弱相互作用问题,掺杂是一种有效的解决方式.本文利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势计算方法,对二氧化氮(NO_(2))分子在4d金属掺杂后的MoS_(2)表面上吸附的微观机制进行了理论研究.研究结果表明:4d过渡金属元素掺杂有利于提高MoS_(2)吸附NO_(2)后的稳定性,且掺杂改变了材料表面的还原性,改善了其传感性能.掺入4d金属原子的材料禁带宽度显著减小,并且在费米能级附近形成了新的杂质峰,这大大提升了它的导电性.且掺杂原子的4d与5s轨道电子之间的协同作用会提升气体分子与材料之间的传感特性,这表明4d金属原子掺入MoS_(2)可以成为一种有效的NO_(2)传感器材料.本文的工作有助于寻求合适的化学掺杂的方法来提高MoS_(2)基气体传感器的性能. 展开更多

关键词 MoS_(2) NO_(2) 吸附 掺杂 第一性原理计算

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Mn与非金属元素N,C,S共掺锐钛矿型TiO_2电子性质和光学性质研究 被引量：15

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作者 岳远霞 冯庆 王寅 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期479-486,共8页

金属与非金属共掺TiO2半导体以提高对可见光的利用率是近期研究的一个热点.本文通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,计算了Mn-N共掺杂、Mn-C共掺杂、Mn-S共掺杂TiO2晶体的能带、态密度、分态密度和光学性质.通过对比Mn-N共掺杂、... 金属与非金属共掺TiO2半导体以提高对可见光的利用率是近期研究的一个热点.本文通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,计算了Mn-N共掺杂、Mn-C共掺杂、Mn-S共掺杂TiO2晶体的能带、态密度、分态密度和光学性质.通过对比Mn-N共掺杂、Mn-C共掺杂、Mn-S共掺杂,这三种掺杂都在一定程度上改善了锐钛矿型二氧化钛对可见光的利用率,但Mn-C共掺杂相比于另外两种掺杂来说,对可见光的响应效果更好,电子从杂质能级跳跃到导带需要1.94eV能量,该能量恰好对应可见光吸收光谱中的吸收峰.并且Mn-C共掺杂对可见光的的吸收率,反射率都远高于其它两种掺杂体系. 展开更多

关键词 第一性原理 密度泛函理论 Mn-N C S共掺杂 锐钛矿TIO2 光学性质

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非金属元素C、N、F掺杂锐钛矿型TiO_2的缺陷形成能和电子性质 被引量：10

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作者 岳远霞 冯庆 王寅 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第13期1879-1883,共5页

非金属杂质掺杂TiO2半导体改善对可见光区域的光催化性质是近年来的一个研究热点,但相关杂质缺陷的形成能研究却不多。通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,研究了非金属元素C、N、F掺杂锐钛矿型TiO2之后的缺陷形成能与电子性质... 非金属杂质掺杂TiO2半导体改善对可见光区域的光催化性质是近年来的一个研究热点,但相关杂质缺陷的形成能研究却不多。通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,研究了非金属元素C、N、F掺杂锐钛矿型TiO2之后的缺陷形成能与电子性质。结果表明,3种元素掺杂进入TiO2后缺陷形成能的大小排序为C>N>F,说明F元素最容易掺杂进入TiO2晶格。但是掺入F元素后对TiO2禁带宽度的改变不大,在提高TiO2对可见光的响应方面F元素的效果不如N、C两种元素。因此,对于掺杂来改善TiO2对可见光的响应方面,N元素比C、F的效果更好。 展开更多

关键词 第一性原理 密度泛函理论 C N F掺杂 缺陷形成能 电子性质

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C掺杂浓度对ZnO薄膜电学和结构的影响 被引量：2

4

作者 卞萍 孔春阳 +3 位作者 李万俊 秦国平 张萍 徐庆 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期7057-7060,7065,共5页

采用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底上成功制备了不同C掺杂浓度的ZnO∶C薄膜,借助于X射线衍射仪(XRD)、霍尔测试(Hall)、X射线光电子谱(XPS)和拉曼散射光谱(Raman)等测试手段系统研究了ZnO薄膜的结构、电学以及拉曼特性并分析了C在ZnO薄... 采用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底上成功制备了不同C掺杂浓度的ZnO∶C薄膜,借助于X射线衍射仪(XRD)、霍尔测试(Hall)、X射线光电子谱(XPS)和拉曼散射光谱(Raman)等测试手段系统研究了ZnO薄膜的结构、电学以及拉曼特性并分析了C在ZnO薄膜中存在形式。结果表明,所有薄膜都呈纤锌矿结构并具有高度的c轴择优取向。随着C掺杂浓度的增加,薄膜的n型导电性能不断增强,其主要原因是ZnO薄膜中的C替代Zn位起施主作用。 展开更多

关键词 C掺杂ZnO 电学特性 XPS RAMAN

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GaN基和LiZnAs基稀磁半导体的研究进展 被引量：2

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作者 王爱玲 毋志民 +1 位作者 王聪 赵若禺 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第15期113-118,共6页

综述了稀磁半导体及其研究进展,阐述了提高居里温度的方法。从晶体结构、材料的研究现状和待解决的问题几个方面详述了以GaN为代表的传统的Ⅲ-Ⅴ族基和LiZnAs为代表的新型Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基两类稀磁半导体的基本特点,并展望了今后的研究重点... 综述了稀磁半导体及其研究进展,阐述了提高居里温度的方法。从晶体结构、材料的研究现状和待解决的问题几个方面详述了以GaN为代表的传统的Ⅲ-Ⅴ族基和LiZnAs为代表的新型Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基两类稀磁半导体的基本特点,并展望了今后的研究重点及发展方向。 展开更多

关键词 GaN基稀磁半导体LiZnAs基新型稀磁半导体居里温度 晶体结构

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水热法制备ZnO∶Sb粉体结构及光学性质 被引量：3

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作者 张起 马勇 邓泉 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 2012年第8期61-65,共5页

采用水热法在石英衬底上以ZnCl2和SbCl3水溶液为源溶液,在较低温度下制备了Sb掺杂的ZnO粉体。采用X射线衍射(XRD)和EDS能谱仪对所生长ZnO粉体的晶体结构和元素成分进行了表征,考察了Sb掺杂对ZnO微观结构和发光性能的影响。结果表明:Sb... 采用水热法在石英衬底上以ZnCl2和SbCl3水溶液为源溶液,在较低温度下制备了Sb掺杂的ZnO粉体。采用X射线衍射(XRD)和EDS能谱仪对所生长ZnO粉体的晶体结构和元素成分进行了表征,考察了Sb掺杂对ZnO微观结构和发光性能的影响。结果表明:Sb掺杂的ZnO粉体呈六方纤锌矿结构。室温光致发光(PL)谱检测显示,Sb掺杂ZnO粉体具有很强的近带边紫外发光峰,而与深能级相关的缺陷发光峰则很弱。 展开更多

关键词 氧化锌 水热法 光学器件

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磁性电极作为衬底的有机电致发光器件 被引量：1

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作者 关云霞 陈丽佳 +1 位作者 陈平 牛连斌 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第7期2105-2109,共5页

有机电致发光器件(Organic Light-Emitting Device,OLED)已成为当今最热门的研究领域之一。以钛酸锶(100)作为基底,采用RF磁控溅射镀膜系统制成磁性电极La1-xSrxMn O3(LSMO)薄膜,为了增加钛酸锶基底LSMO薄膜的透光率,对该基底进行了双... 有机电致发光器件(Organic Light-Emitting Device,OLED)已成为当今最热门的研究领域之一。以钛酸锶(100)作为基底,采用RF磁控溅射镀膜系统制成磁性电极La1-xSrxMn O3(LSMO)薄膜,为了增加钛酸锶基底LSMO薄膜的透光率,对该基底进行了双面光学抛光。在此基础上,以LSMO为衬底,制作了结构为LSMO/NPB/Alq3/Cs F/Mg:Ag的有机电致发光器件。器件大约在14 V时启亮,在25 V时,器件达到最大亮度。在磁场作用下,研究了器件的亮度-电压-电流特性。在大约150 m T磁场下,器件的发光亮度增大10%。研究结果表明:由于经LSMO注入发光层内部的电子和空穴自旋方向被部分极化,发光层单线态与三线态激子的形成比率增加。由于发光材料Alq3是单线态有机材料,因而,器件发光亮度增大。 展开更多

关键词 有机电致发光器件 LSMO 磁场

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表面非金属掺杂对锐钛矿相TiO_2(101)面吸附NH_3特性的影响 被引量：3

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作者 陈小雨 岳远霞 冯庆 《原子与分子物理学报》 北大核心 2017年第4期786-792,共7页

采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了被不同非金属(B、C、N、F)掺杂的TiO_2(101)表面吸附NH_3的特性与作用机理.研究发现:被非金属掺杂后的表面对NH_3的吸附效果要优于未掺杂表面.不同元素掺杂对... 采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了被不同非金属(B、C、N、F)掺杂的TiO_2(101)表面吸附NH_3的特性与作用机理.研究发现:被非金属掺杂后的表面对NH_3的吸附效果要优于未掺杂表面.不同元素掺杂对比发现:C掺杂后的表面吸附能最大,稳定后吸附距离最小,为最稳定吸附结构.通过Mulliken电荷分布和分态密度的分析,得到了不同吸附条件下NH_3在TiO_2掺杂表面的催化氧化还原作用机理,并发现各模型吸附能的不同是由于掺杂(X)位原子与NH_3分子的相互作用强弱不同所造成.掺杂原子在费米面附近的电子态密度贡献越强,掺杂原子与NH_3分子电荷转移的净值越小,吸附距离越小,吸附能越大,吸附更稳定. 展开更多

关键词 密度泛函理论 锐钛矿 表面掺杂 表面吸附

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有机电致发光器件的电磁效应研究进展 被引量：2

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作者 黄晓雪 关云霞 +2 位作者 贾西贝 吕建凤 牛连斌 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期59-65,共7页

有机电致发光器件的电磁效应是指在不含任何磁性材料功能层的情况下,其电流或者发光受外加磁场影响而发生改变的现象。由于电磁效应具有极高的灵敏性,即使在室温和微小的外加磁场范围内也能发生,所以此效应具有较大的科学价值和社会应... 有机电致发光器件的电磁效应是指在不含任何磁性材料功能层的情况下,其电流或者发光受外加磁场影响而发生改变的现象。由于电磁效应具有极高的灵敏性,即使在室温和微小的外加磁场范围内也能发生,所以此效应具有较大的科学价值和社会应用前景,进而引起了科研人员极大的研究兴趣。详细介绍了该电磁效应的研究进展,重点阐述了磁电导/磁电阻以及磁电致发光的发展进程,对其在不同条件下出现的物理机制进行比较,并展望其应用前景。 展开更多

关键词 OLED电磁效应 超精细作用 电子-空穴对 三重态激子-电荷反应 三重态激子淬灭

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非金属元素掺杂锐钛矿TiO_2(101)表面对提升NH_3光学气敏传感特性的影响 被引量：2

10

作者 周清斌 冯庆 +2 位作者 周康 田芸 刘鹏 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2019年第1期142-150,共9页

本文采用第一性原理平面波超软赝势的方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿TiO_2(101)表面单掺杂非金属C元素、N元素、F元素以及双掺杂C-N元素、C-F元素、N-F元素后表面的氧化还原能力,分析对NH_3分子吸附的微观机理,研究杂质掺入对光学传感... 本文采用第一性原理平面波超软赝势的方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿TiO_2(101)表面单掺杂非金属C元素、N元素、F元素以及双掺杂C-N元素、C-F元素、N-F元素后表面的氧化还原能力,分析对NH_3分子吸附的微观机理,研究杂质掺入对光学传感特性的影响.结果表明:非金属元素是比较容易掺入到锐钛矿TiO_2(101)表面,掺杂表面对NH_3分子吸附较未掺杂的表面要好,表面吸附NH_3分子后,吸附距离都出现缩短,C-N元素掺杂后吸附距离最小且吸附能最大;通过Mulliken电荷布居分布分析,C掺杂提升了表面的氧化性,N元素对表面的氧化性提升不明显,而F掺杂降低了表面的氧化性;通过态密度分析可知,C掺杂在禁带中产生了受主能级,而N掺杂提高了价带顶的电子态密度,F掺杂在导带底产生了施主能级;通过光学性质的分析可知:C掺杂提升了材料对低能可见光的响应,使材料对570 nm～760 nm范围内的可见光吸收提高了大约3.5倍;而C-N双掺杂体系,使材料对400 nm～570 nm范围内的可见光吸收提高了大约3倍.总的来说,单掺杂C元素以及双掺杂C-N元素都能明显的提高材料的光学气敏传感特性. 展开更多

关键词 光学性质 第一性原理 锐钛矿TiO2(101) NH3分子 表面掺杂

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有机电致发光器件掺杂研究进展

11

作者 黄晓雪 关云霞 +2 位作者 贾西贝 吕建凤 牛连斌 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第15期44-49,61,共7页

有机电致发光器件(Organic light-emitting device,OLED)因具有成本低、主动发光、驱动电压低、响应速度快、视角宽及可柔性显示等诸多优势,在平板显示及固态照明领域受到广泛关注。但无论是用作显示还是照明,色彩的应用都是不可或缺的... 有机电致发光器件(Organic light-emitting device,OLED)因具有成本低、主动发光、驱动电压低、响应速度快、视角宽及可柔性显示等诸多优势,在平板显示及固态照明领域受到广泛关注。但无论是用作显示还是照明,色彩的应用都是不可或缺的。制备不同颜色的发光器件,除可以使用各种颜色的有机材料外,利用荧光或磷光染料掺杂也是重要的方法。同时,这种方法也可以大大提高器件的量子效率。尤其从理论上来说,磷光OLED的内量子效率可以达到100%。从OLED的掺杂原理、荧光掺杂与磷光掺杂等方面阐述了OLED的研究进展。 展开更多

关键词 荧光 磷光 掺杂机制 电荷捕获 掺杂效率

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MgO、SnO_2、TiO_2表面氧空位性质对气体光学传感特性的影响 被引量：1

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作者 周康 冯庆 +1 位作者 田芸 周清斌 《原子与分子物理学报》 北大核心 2017年第5期856-864,共9页

光学气敏传感器是当今研究领域的一个热门方向.文章采用密度泛函理论(DFT)体系下广义梯度近似(GGA)第一性原理平面波超软赝势方法,分析和计算了光学气敏材料岩盐型MgO、金红石型SnO_2和锐钛矿型TiO_2表面氧空位的特性.以CO作为吸附分子... 光学气敏传感器是当今研究领域的一个热门方向.文章采用密度泛函理论(DFT)体系下广义梯度近似(GGA)第一性原理平面波超软赝势方法,分析和计算了光学气敏材料岩盐型MgO、金红石型SnO_2和锐钛矿型TiO_2表面氧空位的特性.以CO作为吸附分子进行微观机理研究,研究不同氧化物表面吸附气体分子的机理.对氧化物表面的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等进行分析.研究发现:含有氧空位缺陷的MgO(001)、SnO_2(110)和TiO_2(101)能稳定的吸附CO分子,吸附后造成了材料光学性质的变化,可作为光学气敏传感材料.分析发现:氧空位氧化能力的大小是光学性质改变的核心原因.表面吸附CO分子后,发现SnO_2(110)表面对分子的吸附能最大,分子与表面的吸附距离最短.通过差分电荷密度和电荷布居数发现,表面与CO分子间存在电荷转移,其转移电子数目大小为:SnO_2(110)>TiO_2(101)>MgO(001),由此得出不同氧化物表面氧化性的大小为:SnO_2(110)>TiO_2(101)>MgO(001);通过对比吸收谱和反射谱发现:吸附气体分子后SnO_2(110)表面的光学性质变化最为明显,是一种较好的光学气敏传感材料. 展开更多

关键词 光学性质 密度泛函理论 锐钛矿TIO2 金红石SnO2 CO分子 表面吸附

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外腔面发射激光器自发辐射谱的热特性

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作者 詹小红 朱仁江 +3 位作者 蒋茂华 胡平 崔玉亭 张鹏 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期610-614,共5页

热效应是限制外腔面发射激光器(VECSEL)输出功率和光束质量的主要原因。为了优化VECSEL增益芯片有源区量子阱的设计,降低激光器的热效应,提高斜效率和输出功率,采用光致荧光谱方法,对设计波长980nm VECSEL自发辐射谱的热特性进行了实验... 热效应是限制外腔面发射激光器(VECSEL)输出功率和光束质量的主要原因。为了优化VECSEL增益芯片有源区量子阱的设计,降低激光器的热效应,提高斜效率和输出功率,采用光致荧光谱方法,对设计波长980nm VECSEL自发辐射谱的热特性进行了实验研究。取得了不同热沉温度下边发射和面发射谱随温度的变化数据。结果表明,反映有源区量子阱自身特性的边发射谱峰值波长随温度升高的红移速率是0.5nm/K,而受到增益芯片多层结构调制的面发射谱峰值波长随温度升高的红移速率只有0.1nm/K;由于受到VECSEL增益芯片中微腔的限制,面发射谱分离为多个模式,分别与微腔的腔模对应。可见对量子阱的发射波长及微腔腔长做预偏置优化处理,可以显著改善激光器的输出性能。 展开更多

关键词 激光器 外腔面发射激光器 光致荧光谱 热特性

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4d金属掺杂增强SnO_(2)对丙酮光学传感特性的理论分析

14

作者 付岳 冯庆 +2 位作者 牟芷瑶 高鑫 朱洪强 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第12期2339-2346,共8页

通过检测人体呼出气体中的微量丙酮可以筛查出早期的糖尿病患者,因此寻找能进行微量丙酮气体灵敏探测的材料是一个研究热点。本文计算4d金属杂质Mo、Ru、Rh、Ag掺杂金红石相SnO_(2)(110)表面吸附丙酮分子后的表面电荷布居(氧化还原性能... 通过检测人体呼出气体中的微量丙酮可以筛查出早期的糖尿病患者,因此寻找能进行微量丙酮气体灵敏探测的材料是一个研究热点。本文计算4d金属杂质Mo、Ru、Rh、Ag掺杂金红石相SnO_(2)(110)表面吸附丙酮分子后的表面电荷布居(氧化还原性能)、态密度、光学性质以及吸附稳定性,讨论了4d金属杂质掺杂对金红石相SnO_(2)(110)表面光学气敏传感特性的影响。研究结果发现:各金属杂质对表面的氧化还原性能都有着不同程度的影响;4d电子在费米能级附近形成杂质峰,其中Ru-4d电子引入的杂质峰最大,离费米能级最近,对SnO_(2)的禁带宽度改善最大;Ru掺杂对于金红石相SnO_(2)(110)表面在可见光范围内(400~760 nm)的光学性质的改善相对于Mo、Rh、Ag掺杂也有着较大的优势;所有的掺杂表面都能自发吸附丙酮分子,吸附后稳定性为:Ru>Rh>Ag>Mo。结论表明,Ru掺杂的SnO_(2)作为较为有效的丙酮光学气敏探测材料,有望通过探测人体呼出气体中的丙酮从而达到改善糖尿病的早期发现和诊断的效率。 展开更多

关键词 光学材料 丙酮气体 金属杂质 金红石 密度泛函理论 光学气敏传感

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C/Ru共掺杂金红石型TiO_(2)对甲醛光学气敏特性的影响

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作者 牟芷瑶 冯庆 +2 位作者 付岳 高鑫 朱洪强 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第9期9183-9190,共8页

光学气敏效应是材料表面与探测气体的相互作用引起材料光学性质变化,从而探测到气体含量,是一种高灵敏度、可靠的检测气体含量的方法。金属氧化物半导体由于禁带附近的电子性质活跃,常被作为光学气敏材料。甲醛(HCHO)是一种房间装修过... 光学气敏效应是材料表面与探测气体的相互作用引起材料光学性质变化,从而探测到气体含量,是一种高灵敏度、可靠的检测气体含量的方法。金属氧化物半导体由于禁带附近的电子性质活跃,常被作为光学气敏材料。甲醛(HCHO)是一种房间装修过程中常见的室内空气污染物,是室内气体环境主要污染源。本文通过在金红石型TiO_(2)(110)表面分别掺杂C、Ru和共掺C/Ru元素,分析表面吸附甲醛分子的光学气敏性质变化的原因,发现杂质元素的2p和4d电子协同作用,使材料气敏特性显著提高。利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,分析材料表面结构、态密度、电荷布居、光学性质以及选择性。研究发现,在HCHO气体环境下,杂质元素增强了金红石表面的氧化性,而C/Ru共掺杂的体系表面光学气敏效应最显著。C/Ru共掺杂使材料表面有更佳的光学气敏传感特性,对低浓度HCHO的灵敏探测是一种有效的探测方法。 展开更多

关键词 光学气敏效应 HCHO气体 密度泛函理论 TiO_(2) 掺杂

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镉钯共掺ZnO的制备与H_(2)气敏性能研究

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作者 龚庭韦 史笑岩 +2 位作者 谢远航 陈杰 杨晓红 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2023年第5期6-11,共6页

采用一步水热法制备了镉(Cd)、钯(Pd)共掺氧化锌(ZnO)纳米材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱和光致发光(PL)光谱对制备的样品进行了表征与分析,并对其氢气(H_(2))气敏性能进行了系统测试分析。实验制得样品为六方纤锌... 采用一步水热法制备了镉(Cd)、钯(Pd)共掺氧化锌(ZnO)纳米材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱和光致发光(PL)光谱对制备的样品进行了表征与分析,并对其氢气(H_(2))气敏性能进行了系统测试分析。实验制得样品为六方纤锌矿晶体结构,具有良好的结晶度;Cd、Pd的掺入改善了ZnO的结构,调控晶体缺陷;基于Cd、Pd共掺ZnO基传感器的检测体积分数、响应恢复时间和工作温度都有明显降低;并且该材料在60℃低温下对H_(2)仍具有良好的响应。最后,对Cd、Pd共掺ZnO的气敏原理也进行了探讨。 展开更多

关键词 氧化锌纳米棒 镉钯掺杂 氢气气敏性能

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