Zn-Mn复合金属氧化物的制备与结构、光学和磁学性质的研究

论文摘要

尖晶石结构金属氧化物作为良好的磁性材料、催化剂、隐身材料、电池材料和微波射频电介质陶瓷材料等有着广泛的应用。另一方面,稀磁半导体在最近又得到了学术界很大的关注。由于Zn-Mn-O材料体系包括了尖晶石结构的ZnxMn3-xO4和纤锌矿结构的ZnxMn1-xO,决定了这种材料体系在以上两方面的良好的应用前景。但是,实际情况是,人们对ZnxMn3-xO4各方面性质缺乏正确的理解,对ZnxMn1-xO,特别是它的室温铁磁性缺乏统一认识。本文主要采用水热方法得到了一系列的尖晶石结构的ZnxMn3-xO4。我们又发展了高温有机溶剂合成方法得到了六角纤锌矿结构的ZnxMn1-xO。文章研究了它们的结构,成分,光学,磁学等基本性质。具体内容如下：（1）研究水热法合成ZnxMn3-xO4的方法。发展了高温有机合成方法制备ZnxMn1-xO。（2）研究ZnxMn3-xO4的不同结构,它们可以初步分为四方相尖晶石结构和立方相尖晶石结构。文章同时得到了这些结构所需的不同实验条件。（3）根据X射线光电子能谱,我们得到了Mn在各种尖晶石结构ZnxMn3-xO4的价态。在四方相尖晶石结构的ZnxMn3-xO4中,Mn只有+3价一种价态,而在立方相尖晶石结构的ZnxMn3-xO4中,Mn同时呈现+3价和+4价两种价态。同时,我们首次明确给出了两种不同结构ZnxMn3-xO4的拉曼光谱。（4）论文说明了两种尖晶石结构的ZnxMn3-xO4共存是室温铁磁性的必要条件,推测这种铁磁性来源于Mn3+和Mn4+在界面出的双交换。而四方相尖晶石结构的ZnxMn3-xO4和立方相尖晶石结构的ZnxMn3-xO4在室温下都是顺磁性的。同时,我们证明了高温有机方法合成的ZnxMn1-xO是顺磁性的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 Zn-Mn-O材料体系的研究历程
• 1.2 尖晶石结构金属氧化物的结构和制备
• 1.2.1 尖晶石型金属氧化物的晶体结构
• 1.2.2 尖晶石型金属氧化物的制备方法
• 1.3 尖晶石结构金属氧化物的性质及应用背景
• 1.3.1 尖晶石结构金属氧化物的磁学性质
• 1.3.2 应用背景
• 1.4 表征手段
• 1.5 选题背景、研究意义及研究内容
• 1.5.1 选题背景及意义
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 Zn-Mn-O材料体系的制备与结构分析
• 2.1 实验方案的选定
• 2.2 水热法制备Zn-Mn-O材料体系及结构分析
• 2.2.1 实验所用药品
• 2.2.2 实验步骤
• 2.2.3 结构分析
• 2.3 高温有机方法制备Zn-Mn-O材料体系
• 2.3.1 实验选用的药品
• 2.3.2 实验步骤
• 2.3.3 结构分析
• 2.4 说明
• 第三章 Zn-Mn-O材料体系光学性质分析
• 3.1 富Mn材料体系的光学性质分析
• 3.1.1 XPS测试
• 3.1.2 拉曼光谱测试
• 3.2 富Zn材料体系的光学性质分析
• 第四章 Zn-Mn-O材料体系磁学性质研究
• 4.1 富Mn材料体系磁性分析
• 4.2 富Zn材料体系磁性分析
• 结论
• 1. 本论文的主要结论
• 2. 工作展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢