低維氮化鎵納米材料摻雜改性及磁性機理 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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陳國祥，王豆豆 著

圖書標籤:

• 氮化鎵
• 納米材料
• 低維材料
• 摻雜
• 改性
• 磁性
• 機理
• 半導體
• 材料科學
• 納米技術

齣版社： 中國石化齣版社

ISBN：9787511446381

版次：1

商品編碼：12256722

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-09-01

用紙：膠版紙

頁數：106

字數：210000

內容簡介

　　《低維氮化鎵納米材料摻雜改性及磁性機理》係統地研究瞭低維氮化鎵納米材料的穩定性、電子、磁性等性質。全書共包括7章：第1章為本書概述；第2章詳細地介紹瞭*一性原理方法；第3至第7章采用基於密度泛函框架下的*一性原理係統研究瞭填充GaN納米管、缺陷和摻雜GaN納米帶、吸附和摻雜GaN單層納米片、二維GaN/SiC納米片的穩定性、電子、磁學特性和磁性起源機理。

作者簡介

　　陳國祥，男，1979年3月齣生，博士，副教授（校聘教授崗位），碩士研究生導師，“新型半導體光電子材料及器件”青年科研創新團隊帶頭人。西安石油大學“青年拔尖人纔”，陝西省“青年科技新星”，國傢自然科學基金項目同行評議專傢，陝西省物理學會會員。2015年起享受陝西省“三秦人纔”政府津貼。2015年1月至2016年1月在美國佛羅裏達大學物理係進行閤作科學研究（訪問學者）。王豆豆， 2012年畢業於中國科學院西安光學精密機械研究所，獲理學博士學位，現為西安科技大學理學院教師。主要從事納米聚閤物材料結構和物性的理論研究。曾作為主要參與者承擔瞭國傢自然科學基金項目“光學聚閤物/二氧化鈦有序結構化新材料的設計、製備及應用基礎研究”的大部分研究工作。曾獲陝西省高等學校科學技術一等奬。閤作齣版教材4部，先後發錶學術論文10篇，其中SCI收錄8篇，EI收錄2篇。

目錄

第1章 概述

第2章 理論計算基礎

第3章 過渡金屬納米綫填充GaN納米管的結構、電子特性和磁性

第4章 GaN納米帶的結構和電子性質

第5章 過渡金屬吸附二維GaN單層納米片的電子結構和磁性

第6章 過渡金屬摻雜GaN單層納米片磁性起源機理

第7章 二維GaN/SiC納米片: 界麵電子和磁學特性以及電場響應

前言/序言

低維氮化鎵納米材料的製備、錶徵與光學性質研究 引言 近年來，隨著納米科技的飛速發展，具有優異物理化學性質的低維納米材料引起瞭廣泛關注。氮化鎵（GaN）作為一種重要的寬禁帶半導體材料，在光電子器件、電力電子和高頻微波器件等領域展現齣巨大的應用潛力。然而，GaN材料本身的某些局限性，例如在室溫下的熒光效率不高、載流子壽命較短等，限製瞭其在高性能器件中的進一步發展。為瞭剋服這些挑戰，科學傢們一直在探索各種改性策略，其中，低維GaN納米材料的設計與製備，以及對其光學性質的深入理解，是當前研究的熱點。 本書將聚焦於低維GaN納米材料的製備、錶徵以及其獨特的光學性質。我們將深入探討不同製備方法對GaN納米材料形貌、尺寸、晶體結構和錶麵化學態的影響，並通過先進的錶徵技術，如透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射綫衍射（XRD）、拉曼光譜（Raman Spectroscopy）、光緻發光（PL）光譜等，對材料的微觀結構和光學特性進行全麵解析。 第一章：低維氮化鎵納米材料的製備方法 低維GaN納米材料的製備是實現其優異性能的基礎。本章將係統介紹當前主流的製備技術，並分析各種方法的優缺點以及適用範圍。 1.1 外延生長法 1.1.1 金屬有機化學氣相外延（MOCVD） MOCVD是一種廣泛應用於III-V族半導體外延生長的技術，其通過控製前驅體氣體在加熱襯底上的反應，精確控製薄膜的組分、厚度和摻雜濃度。對於低維GaN納米結構，例如納米綫、納米帶，可以通過選擇性外延（Selective Area Growth, SAG）技術，利用掩模闆或催化劑來引導生長方嚮和形貌。我們將詳細介紹MOCVD生長GaN納米綫、納米帶的工藝參數（如溫度、壓力、氣體流量、前驅體種類）對生長過程和産物形貌的影響。 1.1.2 分子束外延（MBE） MBE是一種在高真空環境下，通過蒸發固體源在襯底上逐原子層沉積材料的技術。MBE具有生長速率可控、錶麵清潔度高等優點，尤其適閤生長高質量的 GaN 薄膜和納米結構。本章將討論MBE生長GaN納米綫的優勢，以及如何通過控製分子束的流量和襯底溫度來調控納米綫的直徑、密度和取嚮。 1.2 非外延生長法 1.2.1 氣相-液相-固相（VLS）生長法 VLS法是一種常用的製備半導體納米綫的非外延方法。該方法通常利用金屬催化劑（如金Au）在高溫下與GaN前驅體反應形成液態閤金，並在液滴錶麵吸附，最終通過固相沉積形成納米綫。我們將深入探討VLS法中催化劑的選擇、生長溫度、前驅體氣氛（如NH3和Ga源）對GaN納米綫直徑、長度、生長速率的影響，以及催化劑在生長過程中的作用機製。 1.2.2 模闆法 模闆法利用預先製備好的模闆（如多孔氧化鋁、氧化矽納米綫陣列）作為生長介質，引導GaN的生長。通過在模闆孔洞內或錶麵生長GaN，可以獲得具有特定形貌的GaN納米結構，例如納米管、納米盤等。本章將介紹不同模闆材料的製備方法，以及將GaN引入模闆中的生長技術，如化學氣相沉積（CVD）或電化學沉積。 1.2.3 等離子體輔助生長法 等離子體輔助生長法利用等離子體激發的活性物種來促進GaN的生長。例如，利用氨等離子體與Ga源反應，可以在較低的溫度下實現GaN的生長。本章將介紹不同等離子體源（如射頻等離子體、微波等離子體）的特點，以及等離子體參數（如功率、氣壓、氣體種類）對GaN納米材料生長速率和結晶度的影響。 1.3 化學閤成法 1.3.1 水熱/溶劑熱法 水熱/溶劑熱法是在高壓高溫的密封容器中，利用水或有機溶劑作為反應介質，通過化學反應閤成納米材料。該方法操作簡便，成本較低，可以製備各種形貌的GaN納米顆粒和納米片。本章將詳細討論水熱/溶劑熱法中前驅體（如Ga源、N源）、反應物濃度、反應溫度、反應時間等對産物形貌、尺寸和結晶度的影響。 1.3.2 固相反應法 固相反應法是通過將固體前驅體混閤並加熱，在固相狀態下發生化學反應生成目標産物。該方法適用於製備一些不易通過液相閤成的材料。本章將介紹利用Ga化物和氮化物（如Ga2O3、NH4Cl）進行固相反應製備GaN納米粉體的工藝，並探討反應溫度、時間以及前驅體比例對産物純度和形貌的影響。 第二章：低維氮化鎵納米材料的錶徵技術 為瞭準確理解低維GaN納米材料的結構與性能，先進的錶徵技術是必不可少的。本章將重點介紹用於錶徵GaN納米材料的各種顯微學、晶體學和光譜學技術。 2.1 顯微形貌錶徵 2.1.1 掃描電子顯微鏡（SEM） SEM能夠提供樣品錶麵的形貌、尺寸和粗糙度信息，對於觀察 GaN 納米材料的整體結構、納米綫的生長取嚮和密度尤為重要。本章將討論 SEM 圖像的解讀，以及如何通過改變加速電壓、放大倍數等參數來優化圖像質量。 2.1.2 透射電子顯微鏡（TEM） TEM能夠提供原子級彆的分辨率，是錶徵納米材料內部結構、晶體缺陷、生長取嚮和相界麵的關鍵技術。我們將重點介紹高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）在觀察 GaN 納米綫的晶格條紋、確定生長取嚮以及識彆晶界和位錯等方麵的應用。 2.1.3 原子力顯微鏡（AFM） AFM能夠測量樣品錶麵的三維形貌和高度信息，對於研究納米材料的錶麵粗糙度、顆粒尺寸分布以及生長過程中的形貌演變具有重要意義。 2.2 晶體結構與化學成分錶徵 2.2.1 X射綫衍射（XRD） XRD是確定晶體結構、晶粒尺寸和物相組成的常用技術。本章將詳細講解 XRD 圖譜中峰位、峰寬和峰強的分析，以及如何通過 XRD 數據來判斷 GaN 納米材料的晶型（如wurtzite, zincblende）、晶格常數和結晶度。 2.2.2 能量色散X射綫光譜（EDS）/波長色散X射綫光譜（WDS） EDS/WDS是與SEM/TEM聯用的元素成分分析技術，可以確定 GaN 納米材料中 Ga 和 N 的比例，以及是否存在其他雜質元素，對於評估材料的純度和化學計量比至關重要。 2.2.3 X射綫光電子能譜（XPS） XPS是一種錶麵敏感的化學分析技術，能夠提供材料錶麵元素的化學態信息，對於研究 GaN 納米材料的錶麵氧化、化學吸附以及錶麵缺陷等具有重要作用。 2.3 光學性質錶徵 2.3.1 光緻發光（PL）光譜 PL光譜是研究半導體材料發光特性的最常用方法。本章將詳細介紹 PL 光譜的測量原理，以及如何通過 PL 峰位、峰強、峰寬和溫度依賴性來評估 GaN 納米材料的帶隙、缺陷能級、載流子復閤機製以及發光效率。我們將討論在不同激發波長和溫度下，GaN 納米材料可能齣現的藍光、紫外光發光及其與材料結構、錶麵態的關係。 2.3.2 拉曼光譜（Raman Spectroscopy） 拉曼光譜是研究材料聲子振動模式的技術，對於分析 GaN 納米材料的結晶度、晶格應力、相純度以及晶粒尺寸效應非常有效。本章將重點解析 GaN 常見的聲子振動模式（如 E2 (high), A1 (LO), E1 (LO)），並探討拉曼光譜如何反映材料的生長質量和應力狀態。 2.3.3 紫外-可見吸收光譜（UV-Vis Spectroscopy） UV-Vis光譜可以提供材料的吸收特性，從而推斷其帶隙能量。本章將介紹如何利用 UV-Vis 光譜來測量 GaN 納米材料的吸收邊，並與 PL 光譜的結果進行對比分析。 第三章：低維氮化鎵納米材料的光學特性 本章將深入探討低維GaN納米材料所展現齣的獨特光學特性，並分析這些特性與材料尺寸、形貌、錶麵狀態以及生長質量之間的內在聯係。 3.1 本徵光學躍遷與發光 3.1.1 寬禁帶紫外發光 純淨的 GaN 納米材料通常錶現齣在紫外區域的本徵發光，其峰位與 GaN 的帶隙能量密切相關。我們將分析在不同尺寸和結晶度下的 GaN 納米材料，其紫外發光峰位的藍移或紅移現象，並探討尺寸量子限製效應在其中的作用。 3.1.2 藍光與綠光發光 在 GaN 納米材料中，經常觀察到在可見光區域（特彆是藍光區域）的發光。本章將深入分析這些可見光發光的來源，包括氮空位（VN）、鎵空位（VGa）、氧雜質（O）以及 GaN/Ga2O3 異質結等缺陷引起的復閤。我們將探討不同缺陷的形成機製、能級結構以及它們如何影響發光波長和強度。 3.2 尺寸效應與量子限製 3.2.1 尺寸依賴的帶隙與發光波長 當 GaN 材料尺寸減小到納米尺度時，量子限製效應會變得顯著，導緻其帶隙能量增大，發光波長發生藍移。本章將通過理論計算和實驗結果，定量分析 GaN 納米材料的尺寸如何影響其本徵光學躍遷。 3.2.2 錶麵態對發光的影響 納米材料具有極高的比錶麵積，錶麵缺陷和化學吸附對材料的光學性質産生重要影響。我們將討論 GaN 納米材料錶麵羥基化、氧化以及吸附分子對錶麵態的形成，進而影響載流子壽命和發光效率。 3.3 激子動力學與載流子復閤機製 3.3.1 自由激子與束縛激子 在低溫下，GaN 納米材料可以錶現齣自由激子（Exciton Free, EF）和束縛激子（Exciton Bound, EB）的發光。本章將通過 PL 光譜的溫度依賴性分析，區分不同類型的激子，並研究它們的復閤過程。 3.3.2 非輻射復閤與輻射復閤 載流子在 GaN 納米材料中的復閤方式包括輻射復閤（産生光）和非輻射復閤（以熱或聲子的形式耗散能量）。本章將分析影響輻射復閤效率的因素，如晶體質量、缺陷密度，以及非輻射復閤機製（如俄歇復閤、缺陷輔助復閤）在不同尺寸和形貌的 GaN 納米材料中的主導地位。 3.4 光學各嚮異性與偏振發光 3.4.1 納米綫/納米棒的生長取嚮與偏振光 對於定嚮生長的 GaN 納米綫或納米棒，其光發射可能錶現齣各嚮異性，即發光強度隨觀察方嚮的不同而變化，形成偏振發光。本章將探討 GaN 納米材料的晶體結構、生長取嚮以及激發光偏振如何影響其偏振發光特性。 3.4.2 錶麵等離激元增強光學響應 如果 GaN 納米材料與金屬納米粒子（如 Au, Ag）復閤，可能産生錶麵等離激元效應，增強 GaN 的光吸收和發光。本章將簡要介紹錶麵等離激元現象，以及它如何影響 GaN 納米材料的光學性質。 結論與展望 本書係統地闡述瞭低維氮化鎵納米材料的製備、錶徵及其光學性質。我們認識到，通過精確控製製備工藝，可以獲得不同形貌、尺寸和結構的 GaN 納米材料。先進的錶徵技術為我們深入理解材料的微觀結構和光學行為提供瞭有力的工具。低維 GaN 納米材料展現齣的獨特的尺寸效應、錶麵效應以及缺陷相關的發光特性，使其在發光二極管（LED）、激光器、太陽能電池和傳感器等領域具有廣闊的應用前景。 未來的研究可以進一步集中在以下幾個方麵： 1. 可控生長與結構優化： 發展更高效、更可控的低維 GaN 納米材料製備技術，以獲得高質量、高性能的材料。 2. 缺陷工程與性能調控： 深入理解缺陷的形成機製，並通過缺陷工程來優化 GaN 納米材料的發光效率和顔色。 3. 復閤材料設計： 將 GaN 納米材料與其他功能材料（如量子點、二維材料）復閤，以開發具有新穎功能的光電器件。 4. 器件應用研究： 將優化後的低維 GaN 納米材料應用於實際器件中，評估其性能和穩定性，推動其商業化進程。 通過不斷的理論研究和實驗探索，我們有理由相信，低維氮化鎵納米材料將在未來的科技發展中扮演越來越重要的角色。

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說實話，拿到《低維氮化鎵納米材料摻雜改性及磁性機理》這本書，我最先聯想到的就是它可能在半導體物理或者磁學領域有著舉足輕重的地位。書名中的“磁性機理”四個字，仿佛在嚮我揭示一個隱藏在材料深處的秘密，讓我躍躍欲試想去探尋。我設想，作者可能會深入淺齣地剖析氮化鎵納米材料在摻雜後，其電子結構會發生怎樣的變化，進而影響到材料整體的磁化強度、矯頑力、剩磁等一係列磁學參數。特彆是“機理”這個詞，它意味著不僅僅是現象的描述，更是對背後原因的深入挖掘。我期待書中能夠有詳盡的理論推導，用嚴謹的數學公式來解釋為什麼某種摻雜能夠誘導齣磁性，或者增強已有的磁性。而且，考慮到是“低維”材料，這些磁性的錶現形式可能會更加奇特和多樣化，也許會齣現一些在塊體材料中從未見過的磁相，或者是在特定溫度、特定磁場下纔會顯現的特殊磁行為。我很好奇作者會如何描述這些復雜的磁現象，是僅僅停留在宏觀描述，還是會深入到量子力學層麵，去解釋電子自鏇、軌道角動量以及它們之間的耦閤關係。如果這本書能夠清晰地闡述清楚摻雜與磁性之間的內在聯係，那對於從事相關研究的科研人員來說，無疑是極大的幫助，甚至可能為開發新型磁性材料提供理論指導。

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當我看到《低維氮化鎵納米材料摻雜改性及磁性機理》這個書名時，我的腦海裏立刻浮現齣實驗室裏精密儀器運轉的聲音，以及穿著白大褂的研究人員專注的神情。我一直認為，氮化鎵（GaN）本身就是一種非常瞭不起的半導體材料，它在高溫、高壓、大功率器件方麵有著得天獨厚的優勢，而將其做成“低維納米材料”，意味著其性能的潛力將被進一步激發。我對書中“摻雜改性”的部分充滿瞭好奇，想象著作者是如何通過引入不同的原子，來“雕刻”氮化鎵納米材料的性能。是不是會用一些貴金屬來提高其導電性？或者用一些稀土元素來賦予它光學上的特殊功能？更有趣的是，書名中提到瞭“磁性機理”。GaN本身通常不是強磁性材料，那麼通過摻雜，真的能夠讓它展現齣可觀的磁性嗎？如果是，那這種磁性是如何産生的？是電子的自鏇在某種特殊的排列下形成的，還是有其他更深層次的物理機製在起作用？我非常期待書中能夠詳細地介紹各種摻雜劑的選擇、摻雜濃度對材料性能的影響，以及最關鍵的——摻雜後産生的磁性的微觀起源。這些細節的探討，對於我們理解材料的內在規律，甚至開發齣具有特定磁學性質的新型GaN基功能器件，都具有重要的理論和應用價值。

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初次接觸到《低維氮化鎵納米材料摻雜改性及磁性機理》這個書名，我的腦海中便勾勒齣瞭一幅充滿科技感的畫麵。我一直對納米材料的神奇之處感到著迷，而將氮化鎵（GaN）這種本身就具備優異性能的材料，進一步製備成低維納米結構，無疑是在為其性能的“極限挑戰”鋪路。書中關於“摻雜改性”的部分，讓我充滿期待。我猜想，作者在書中會詳細闡述如何巧妙地將其他元素“種入”到GaN納米材料的晶格中，從而像“點石成金”一樣，改變其原有的物理化學性質。這種“改性”的工藝是否復雜？選擇哪些元素作為摻雜劑能達到最佳效果？摻雜的濃度如何控製纔能避免産生不利影響？這些都是我非常想瞭解的細節。而書名中“磁性機理”的齣現，更是讓我感到意外和驚喜。GaN以其優異的電學和光學性能著稱，但其磁性並不突齣。如果能夠通過摻雜改性，賦予GaN納米材料有趣的磁學特性，那將是多麼令人振奮的發現。我非常期待書中能夠深入分析這種摻雜誘導的磁性是如何産生的，是源於摻雜原子的磁矩，還是因為摻雜在GaN納米材料中引入瞭特殊的電子態，進而導緻瞭宏觀磁性的齣現。這種對“機理”的深入探討，對於理解納米材料的內在規律，以及探索其在磁性存儲、傳感器等領域的潛在應用，都具有極其重要的意義。

評分☆☆☆☆☆

《低維氮化鎵納米材料摻雜改性及磁性機理》這本書，乍一看書名就覺得它屬於那種硬核的科學研究類讀物，估計裏麵充斥著各種復雜的理論公式、實驗數據和專業術語。我平時對這類題材接觸得不多，但齣於好奇，還是翻開瞭它。我尤其對“摻雜改性”這個部分充滿瞭想象，不知道作者會介紹哪些奇特的元素被引入到氮化鎵納米材料中，又是如何通過這種“摻雜”來改變材料原有的性質。想象一下，將一些不常見的稀土元素或者過渡金屬原子巧妙地嵌入到納米尺度的氮化鎵晶格中，會産生怎樣意想不到的連鎖反應？會不會像給材料注入瞭新的生命，賦予它一些全新的功能？這讓我聯想到一些科幻小說裏的情節，雖然我知道這畢竟是科學研究，但其中蘊含的創新和突破總是讓人興奮。而且，低維度的概念也很有意思，納米材料本身就因為其特殊的尺寸效應而錶現齣獨特的性能，而低維度更是將這種獨特性推嚮瞭極緻。我很好奇作者是如何在這麼微小的尺度上進行精確的控製和操作的，這背後一定涉及瞭高超的實驗技術和精密的儀器設備。總的來說，我對書中關於如何“改性”材料的細節非常感興趣，希望能從中窺見材料科學領域的前沿探索。

評分☆☆☆☆☆

《低維氮化鎵納米材料摻雜改性及磁性機理》這個書名，直接勾起瞭我對材料科學前沿動態的濃厚興趣。我一直關注著半導體材料特彆是寬禁帶半導體的最新研究進展，而氮化鎵（GaN）無疑是其中的佼佼者。當看到“低維”這個修飾詞時，我便知道這本書所探討的，絕非是尋常的材料性質，而是可能帶來突破性進展的納米尺度下的奇妙世界。我對“摻雜改性”這一技術手段尤其感興趣，因為它意味著通過人為乾預，能夠對材料的內在屬性進行精密的調控。我設想，書中可能會詳細介紹各種摻雜元素的選擇原則，以及它們如何與GaN基底發生相互作用，從而影響材料的電子能帶結構、載流子濃度和遷移率等關鍵參數。而“磁性機理”的引入，則讓這本書的吸引力更上一層樓。在普遍認為GaN不是典型磁性材料的背景下，通過摻雜來實現磁性，本身就是一個極具挑戰性和研究價值的課題。我非常好奇，書中會如何解釋這種非本徵磁性的起源，是源於摻雜原子的磁矩，還是因為摻雜引起的晶格畸變和缺陷態，從而産生齣奇特的磁學現象？這種對“機理”的深入剖析，應該能幫助讀者建立起對摻雜改性與磁性産生之間清晰的邏輯鏈條，從而為進一步的材料設計和應用提供堅實的理論基礎。