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铁基水滑石到铁氧体的转化行为研究及磁场对铁氧体/单晶硅组装电极光电转化的影响
作 者: 刘耀
导 师: 徐庆红
学 校: 北京化工大学
专 业: 化学工程与技术
关键词: 单晶硅 铁氧体 尖晶石 水滑石 球形 磁场 光电转化效率
分类号: TQ050.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
高纯单晶硅是很好的半导体材料,在很多领域都有着广泛的应用,尤其是在电池材料领域一直居于统治地位。单晶硅表面化学修饰已得到了广大科研工作者的广泛关注和研究。本论文主要是对单晶硅表面进行改性,以提高其光电转化效率,同时研究外加磁场对铺有铁氧体的单晶硅表面的光电压和光电流的影响,并对第Ⅳ周期过渡态二价非铁金属离子半径在水滑石较低温度下转化为尖晶石过程中所起到的作用进行了研究。主要工作如下:1、第Ⅳ周期过渡态二价非铁金属离子半径在水滑石较低温度下转化为尖晶石的过程中所起到的作用研究:通过共沉淀法分别制备了如下组成的水滑石:Mn(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)-CO3、Zn(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)-CO3及Co(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)-CO3、Ni(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)-CO3,将其在不同温度下进行晶化,即可转化为尖晶石型铁氧体。结果表明,在水滑石低温条件下转化为尖晶石的过程中,二价非铁金属离子半径起到了重大的作用。二价非铁金属离子半径越大,转化过程越容易进行。2、球形尖晶石型钻铁氧体合成方法及其影响因素的研究:通过共沉淀法制备了Co(Ⅱ)- Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)-CO3,将其在一定的温度和pH值下晶化,然后将晶化产物经过pH=1盐酸浸洗,即可得到球形尖晶石型钴铁氧体。结果表明,球型铁氧体磁性粒子的大小随着晶化过程中溶液pH的升高而变大;同时外加磁场的存在不但会使球型铁氧体磁性粒子的粒径变大,而且也会使晶化产物的粒子形貌更加趋于规整。另外,合成初期的化合物投料组成对终产物形貌的影响是巨大的,随着投料组成中Fe2+含量的增加,转化过程变得容易,但是只有在投料组成比为Co:Fe:Fe=1:1:1时,所得的球型铁氧体磁性粒子的粒径最大。相同条件下不同组成的铁氧体微球粒径差异明显,MgFe2O4不能形成球形颗粒,NiFe2O4和CoFe2O4可以形成球形颗粒,其中CoFe2O4形成的颗粒粒径最大。3、低温条件下合成的尖晶石型铁氧体在单晶硅表面的吸附以及外加磁场对其复合电极光电性质的影响:将较低温度下合成的尖晶石置入乙醇中充分分散后,将表面氢化的单晶硅置入其中,超声振荡。即得到表面吸附有尖晶石的单晶硅样品。实验结果表明,外加磁场可以使尖晶石型铁氧体在单晶硅表面进行规则定向地排列,这种排列能够有效地提高单晶硅的光电转化效率。同时在进行光电测试时,外加磁场的存在又能够进一步地提高光电转化效率。
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全文目录
摘要 5-7 ABSTRACT 7-16 第一章 绪论 16-27 1.1 太阳能技术 16-17 1.1.1 太阳能技术的背景 16-17 1.1.2 太阳能技术的现状 17 1.2 单晶硅 17-21 1.2.1 单晶硅的结构与光电转化原理 17-19 1.2.2 单晶硅表面的清洗 19-20 1.2.3 单晶硅表面的修饰 20-21 1.3 水滑石类层状化合物 21-22 1.3.1 水滑石的简介 21-22 1.3.2 水滑石的应用 22 1.4 尖晶石型铁氧体磁性材料 22-25 1.4.1 尖晶石型铁氧体磁性材料的概述 22-23 1.4.2 尖晶石型铁氧体磁性材料的性质 23-24 1.4.3 尖晶石型铁氧体磁性材料的制备方法 24 1.4.4 尖晶石型铁氧体磁性材料的应用 24-25 1.5 论文选题的研究内容、目的和意义 25-27 第二章 第Ⅳ周期过渡态二价非铁金属离子半径在水滑石较低温度下转化为尖晶石的过程中所起到的作用研究 27-38 2.1 引言 27 2.2 实验部分 27-29 2.2.1 药品 27-28 2.2.2 表征方法 28 2.2.3 尖晶石型铁氧体的制备 28-29 2.2.3.1 尖晶石型锰铁氧体的制备 28 2.2.3.2 尖晶石型锌铁氧体的制备 28-29 2.2.3.3 尖晶石型钴铁氧体的制备 29 2.2.3.4 尖晶石型镍铁氧体的制备 29 2.3 结果与讨论 29-37 2.4 本章小结 37-38 第三章 球形尖晶石型钴铁氧体合成方法及其影响因素的研究 38-49 3.1 引言 38 3.2 实验部分 38-40 3.2.1 药品 38 3.2.2 表征方法 38-39 3.2.3 球形尖晶石型铁氧体的制备 39-40 3.2.3.1 Co(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)-CO_3-LDH的制备 39 3.2.3.2 Mg(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)-CO_3-LDH的制备 39 3.2.3.3 Ni(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)-CO_3-LDH的制备 39-40 3.2.3.4 水滑石在较低温度下转化成尖晶石型铁氧体 40 3.3 结果与讨论 40-48 3.3.1 球形尖晶石型钴铁氧体的合成过程 40-42 3.3.1.1 合成化合物的结构分析 40-42 3.3.1.2 合成化合物的形貌分析 42 3.3.2 合成球形尖晶石型钴铁氧体的控制因素 42-48 3.3.2.1 酸碱度对合成样品形貌的影响 42-43 3.3.2.2 晶化时间对铁氧体转化的影响 43-44 3.3.2.3 原始溶液中Fe~(2+)含量对晶体转化及合成化合物形貌的影响和磁性能分析 44-46 3.3.2.4 磁场的存在对合成样品形貌的影响 46-47 3.3.2.5 M~(2+)的改变对磁性粒子形成的影响 47-48 3.4 本章小结 48-49 第四章 尖晶石型铁氧体在单晶硅表面的吸附及其复合电极的光电性能研究 49-63 4.1 引言 49 4.2 实验部分 49-52 4.2.1 药品 49-50 4.2.2 表征方法 50 4.2.3 单晶硅片的处理 50-51 4.2.4 Co(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)-CO_3-LDH的制备 51 4.2.5 Ni(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)-CO_3-LDH的制备 51 4.2.6 Mg(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)-CO_3-LDH的制备 51 4.2.7 水滑石在较低温度下转化成尖晶石 51-52 4.2.8 尖晶石型铁氧体在单晶硅表面的无序吸附 52 4.2.9 尖晶石型铁氧体在单晶硅表面的有序吸附 52 4.2.10 组装电极的制备以及其光电性质的测试 52 4.3 结果与讨论 52-62 4.3.1 合成化合物的结构分析 52-54 4.3.2 合成化合物的形貌分析 54-55 4.3.3 外加磁场对尖晶石型铁氧体在单晶硅表面的吸附的影响 55-58 4.3.4 外加磁场对吸附尖晶石型铁氧体的单晶硅表面的光电性质影响 58-62 4.4 本章小结 62-63 第五章 结论 63-64 本论文创新点 64-65 参考文献 65-69 研究成果及发表的学术论文 69-70 致谢 70-71 作者和导师简介 71-72 北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书 72-73
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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工机械与仪器、设备 > 一般性问题 > 材料
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