三重混合价态复合锰氧化物的水热合成及其性质表征

论文摘要

本论文主要致力于含三重混合价态金属锰钙钛矿型单晶材料的水热合成与结构、性质表征,初步研究了合成方法、条件的影响以及化合物的磁学、伏安及光伏响应特性,旨在了解材料组成、结构和p-n结性能间的优化关系。在绪论里,概述了ABO3型钙钛矿复合锰氧化物的晶体结构、磁学性质和研究背景,并介绍了A位离子的掺杂情况;在实验工作中,我们介绍了利用自行设计的水热熔融-氧化还原反应合成了两种三重价态锰基钙钛矿单晶La0.29Ca0.70K0.01MnO3和La0.66Ca0.29K0.05MnO3。这一结果体现了水热合成反应方法方法易于生成介稳相、稳定特殊价态（Mn5+）和完美晶体生长的特点。本论文详细讨论了水热反应条件对上述产物合成情况的影响,并利用XRD、单晶衍射仪、扫描电镜、SQUID、C-AFM和Transient SPV测试仪器对产物结构、形貌、磁性质、伏安特性和光伏响应初步进行了表征,发现单一元素（Mn）在稳定晶体化合物中存在三种不同氧化态Mn+3、Mn+4、Mn+5,存在晶格排列的p-n结,具有理想的开关整流特性。

论文目录

• 内容提要
• 第一章 绪论
• 1.1 钙钛矿复合锰氧化物的结构和性质
• 1.1.1 理想钙钛矿复合锰氧化物的晶体结构
• 1.1.1.1 John-Teller 效应
• 1.1.1.2 半径失配
• 1.1.2 掺杂钙钛矿复合锰氧化物的晶体结构
• 1.2 钙钛矿复合锰氧化物的磁学性质
• 1.2.1 磁性的分类
• 1.2.1.1 顺磁性（Paramagnetism）
• 1.2.1.2 反铁磁性（Antiferromagnetism）
• 1.2.1.3 铁磁性（Ferromagnetism）
• 1.2.1.4 抗磁性（Diamagnetism）
• 1.2.1.5 完全抗磁性－超导体（Superconductivity）
• 1.2.2 磁矩有序及磁畴
• 1.2.2.1 交换相互作用（直接相互作用）
• 1.2.2.2 超交换相互作用（Super Exchange）
• 1.2.2.3 双交换作用（Double Exchange）
• 1.2.2.4 自旋倾斜（Spin-canted state）
• 1.2.2.5 RKKY 理论概述
• 1.2.2.6 自旋玻璃（Spin Glass）
• 1.2.2.7 再入自旋玻璃
• 1.2.2.8 磁畴
• 1.2.3 A 位Ca 掺杂钙钛矿复合锰氧化物的磁学性质
• 1-xCa_xMnO₃ 的基态磁结构以及轨道有序'>1.2.3.1 La_1-xCa_xMnO₃的基态磁结构以及轨道有序
• 1.3 无机功能材料的水热合成
• 1.3.1 水热化学的特点
• 1.3.2 水热合成中的混合价态
• 1.4 选题的目的和意义
• 1.5 本课题的主要结果
• 参考文献
• 第二章 La-Ca-K-1 的水热合成及表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验合成
• 2.2.1 实验试剂及主要检测仪器
• 2.2.1.1 实验试剂
• 2.2.1.2 主要检测仪器及相应测试条件
• 2.2.2 La-Ca-K-1 的水热合成
• 2.2.3 水热合成条件的讨论
• 4/MnCl₂ 摩尔比对产物的影响'>2.2.3.1 KMnO₄/MnCl₂摩尔比对产物的影响
• 2.2.3.2 介质碱度对产物相的影响
• 2.2.3.3 反应温度的影响
• 2.2.3.4 反应时间的影响
• 2.3 La-Ca-K-1 的表征与讨论
• 2.3.1 粉末X-射线衍射分析
• 2.3.2 单晶衍射分析
• 2.3.3 元素分析（ICP）
• 2.3.4 扫描电镜（SEM）分析
• 2.3.5 磁性分析
• 2.3.6 瞬态表面光电压（Transient SPV） 分析
• 参考文献
• 第三章 La-Ca-K-2 的水热合成及表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验合成
• 3.2.1 实验试剂及主要检测仪器
• 3.2.1.1 实验试剂
• 3.2.1.2 主要检测仪器及相应测试条件
• 3.2.2 La-Ca-K-2 的水热合成
• 3.2.2.1 合成路线1
• 3.2.2.2 合成路线2
• 3.2.3 水热合成条件的讨论
• 3.2.3.1 反应物对产物相的影响
• 4/MnCl₂ 摩尔比对产物的影响'>3.2.3.2 KMnO₄/MnCl₂摩尔比对产物的影响
• 3.2.3.3 介质碱度对产物相的影响
• 3.2.3.4 反应温度的影响
• 3.2.3.5 反应时间的影响
• 3.3 La-Ca-K-2 的表征
• 3.3.1 粉末X－射线衍射分析
• 3.3.2 单晶衍射分析
• 3.3.3 元素分析（ICP）
• 3.3.4 扫描电镜（SEM） 分析
• 3.3.5 磁性分析
• 3.3.6 I-V 曲线分析
• 3.3.7 瞬态表面光电压（Transient SPV） 分析
• 参考文献
• 结论
• 致谢
• 摘要
• Abstract