本发明专利技术公开了一种室温稀磁半导体的制备方法，属于稀磁半导体制备技术领域。该方法将金属盐和丙二酸溶解到醇溶液中，调节pH值至中性，反应后过滤，洗涤，干燥，得到丙二酸配合物；将丙二酸配合物在高温煅烧一段时间，得到该室温稀磁半导体。该方法利用配合物为前驱体合成的氧化锌半导体中，均匀掺杂不同浓度的过渡金属锰，在不同温度下煅烧后得到锰掺杂的具有室温铁磁性的室温稀磁半导体材料。
【技术实现步骤摘要】
一种室温稀磁半导体的制备方法，具体涉及一种掺杂锰的氧化锌室温稀磁半导体的制备方法，属于稀磁半导体制备
技术介绍
稀磁半导体(Diluted Magnetic Semiconductors,DMSs)是一类新型的功能材料，它可以将磁性的效能与半导体的功能相结合，近几年由于在自旋电子学和光电子学领域存在广泛的应用前景获得了相关领域的关注。在所报导的DMSs中，具有宽带隙的ZnO尤其引人关注和研究，因为ZnO有着显著的光学性质，可控的磁学性质，并且有可能获得居里温度(Tc)超过室温(RT)的材料。磁、电和光的共存性质使过渡金属掺杂的氧化锌有望成为一种实用稀磁半导体(B.Panigrahy,M.Aslam,D.Bahadur,Aqueous Synthesis of Mn-and Co-Doped ZnO Nanorods,The Journal of Physical Chemistry C,114(2010)11758-11763.)。然而，研究相同功能的氧化物材料的技术人员对铁磁有序的来源问题存在争议。目前，人们几乎采用了各种可能的制备方法来制备稀磁半导体，并且在很多时候都观察到了室温铁磁性。其中，过渡金属离子的掺杂是研究的主要方向；研究表明，稀磁半导体的磁性与过渡金属的团簇、缺陷的种类、主体半导体结晶度、制备方法、掺杂元素的微观短程有序环境等诸多因素有关(J.Neamtu,M.Volmer,The Influence of Doping with Transition Metal Ions on the Structure and Magnetic Properties of Zinc Oxide Thin Films,Scientific World Journal,2014(2014)1661-1667.)，因此研究稀磁半导体的磁性来源和控制磁相是目前急需解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种室温稀磁半导体的制备方法，所述方法利用配合物为前驱体合成的氧化锌半导体中，均匀掺杂不同浓度的过渡金属锰，在不同温度下煅烧后得到锰掺杂的具有室温铁磁性的室温稀磁半导体材料。本专利技术的目的由以下技术方案实现：一种室温稀磁半导体的制备方法，所述方法步骤如下：(1)将金属盐和丙二酸(H2mal)溶解到醇溶液中，得到混合溶液；调节混合溶液的pH值至中性，反应0.5～2h，过滤，用醇溶液洗涤沉淀，干燥，得到丙二酸配合物Zn1-xMnx(mal)2，0.01≤x≤0.1；其中，所述金属盐与丙二酸(H2mal)的物质的量之比优选为1:1；所述金属盐为硝酸锌(Zn(NO3)2)和乙酸锰(Mn(CH3COO)2)的混合物，硝酸锌与乙酸锰的物质的量之比为(1-x):x；所述醇溶液为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇溶液，优选所述醇溶液为甲醇溶液；溶解和洗涤所用醇溶液优选为同一种；将金属盐和丙二酸(H2mal)在醇溶液中溶解时，优选先将金属盐溶于醇溶液中，得到金属盐的醇溶液；然后将丙二酸(H2mal)溶解在醇溶液中，得到丙二酸的醇溶液；最后将金属盐的醇溶液和丙二酸的醇溶液混合均匀，得到混合溶液；所述干燥优选真空干燥；(2)将Zn1-xMnx(mal)2在空气气氛下于400～800℃下煅烧1～2h，得到本专利技术所述室温稀磁半导体Zn1-xMnxO。有益效果(1)本专利技术所述方法以丙二酸配合物作为前驱体，控制煅烧温度，使丙二酸配合物在煅烧时原位氧化，得到锰均匀掺杂的氧化锌，保持了室温稀磁半导体材料的均匀性；同时，控制金属锰的掺杂比例，在微量掺杂的情况下，仍能得到具有相对较强磁学性能、质量好的、均相的室温稀磁半导体材料；(2)本专利技术所述方法采用丙二酸作为配合物的配体，由于锌离子、锰离子和丙二酸生成的配合物结构类似，具有相同六配位的配位环境，并且键长和键角近似，因此在生成配合物时能够保证均匀混合，重复性好；(3)本专利技术所述方法利用锰离子和锌离子的半径接近，配位性能相似的特点，制备的二维配合物中，锰离子和锌离子的位置可以很好的固定，能够同时获得较强的磁学性能并保持良好的晶格质量和半导体性能，进而获得了重复性好，性能稳定的室温稀磁半导体。附图说明图1为实施例1中，在400℃退火温度下，Zn1-xMnx(mal)2的X射线衍射(XRD)图；图2为实施例1中，Mn掺杂浓度为1％、2％、3％或5％的Zn1-xMnx(mal)2在400℃退火温度下，300K时的磁滞回线图，测试范围-3～3kOe；图3和图4为实施例2中，在600℃退火温度下，Zn1-xMnx(mal)2的XRD图；图5为实施例2中，Mn掺杂浓度为1％、2％、3％、5％或7％的Zn1-xMnx(mal)2在600℃退火温度下，300K时的磁滞回线图；图6为在800℃退火温度下，Zn1-xMnx(mal)2的XRD图；图7为Mn掺杂浓度为1％、2％、3％、或5％的Zn1-xMnx(mal)2在800℃退火温度下，300K时的磁滞回线图；图8为Zn1-xMnx(mal)2的红外光谱图；图9为Zn1-xMnx(mal)2的紫外吸收谱图；其中，磁滞回线图中的横坐标表示磁场强度，纵坐标表示磁化强度；XRD图中的横坐标表示x射线入射角的两倍，纵坐标表示衍射峰强度；红外光谱图中横坐标表示波数，纵坐标表示透射率；紫外吸收谱图中横坐标表示波长，纵坐标表示吸光度。具体实施方式下面结合附图和具体实施例来详述本专利技术，但不限于此。以下实施例中提到的主要试剂信息见表1；表1以下实施例中所述物相分析采用Philips X′Pert-highscore plus衍射仪，测试条件是Cu靶辐射Ka线，管压40kV，工作电流200mA，扫描速度5°/min，狭缝宽10mm，步进为0.02，测量范围为20～70°；为消除置疗辐射、来自样品本身的荧光X射线和连续谱，试验中在衍射束方向上使用了石墨单色器。所述磁性测试采用美国生产的超导量子干涉仪MPMS-7S SQUID。所述红外光测试采用的仪器为赛默飞生产的Thermo IS5型傅里叶变换红外光谱仪；所述紫外测试采用型号为TU-1901的双光束紫外可见分光光度计。实施例1一种室温稀磁半导体的制备方法，所述方法步骤如下：(1)将50mmol的金属盐溶于30ml甲醇中，得到金属盐的甲醇溶液；将50mmol的丙二酸(H2mal)溶于50ml的甲醇中，得到丙二酸的甲醇溶液；将金属盐的甲醇溶液和丙二酸的甲醇溶液混合均匀，得到混合溶液；向混合溶液中加入三乙胺调节pH至中性，反应0.5h过滤，用甲醇溶液洗涤沉淀，真空干燥，得到固体产物；对所述固体产物和丙二酸进行红外测试，其红外谱图由图8所示，可知，丙二酸的外光谱图中，处于1735cm-1处的峰是最强的峰，其为羧酸的特征峰，由C＝O的伸缩振动引起；处于3500～2500cm-1的宽峰是羧酸的-OH引起的，另外羧酸的O-H在1436cm-1和910cm-1区域有两个比较强且宽的弯曲振动吸收峰，处于1350～1170cm-1的峰是CH2的吸收峰；所述固体产物的红外光谱图有两个比较明显的吸收峰，分别位于1590cm-1和1384cm-1。与丙二酸的红外光谱图对比可知，C＝O的峰发生了偏移和分裂，说明羧酸盐的存在。此本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种室温稀磁半导体的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：(1)将金属盐和H2mal溶解到醇溶液中，得到混合溶液；调节混合溶液的pH值至中性，反应0.5～2h，过滤，用醇溶液洗涤沉淀，干燥，得到丙二酸配合物Zn1‑xMnx(mal)2，0.01≤x≤0.1；其中，所述金属盐为硝酸锌和乙酸锰的混合物，硝酸锌与乙酸锰的物质的量之比为(1‑x):x；所述醇溶液为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇；(2)将Zn1‑xMnx(mal)2在空气气氛下于400～800℃下煅烧1～2h，得到所述室温稀磁半导体Zn1‑xMnxO。
【技术特征摘要】
1.一种室温稀磁半导体的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：(1)将金属盐和H2mal溶解到醇溶液中，得到混合溶液；调节混合溶液的pH值至中性，反应0.5～2h，过滤，用醇溶液洗涤沉淀，干燥，得到丙二酸配合物Zn1-xMnx(mal)2，0.01≤x≤0.1；其中，所述金属盐为硝酸锌和乙酸锰的混合物，硝酸锌与乙酸锰的物质的量之比为(1-x):x；所述醇溶液为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇；(2)将Zn1-xMnx(mal)2在空气气氛下于400～800℃下煅烧1～2h，得到所述室温稀磁半导体Zn1-xMnxO。2.根据权利要求1所述的一种室温稀磁半导体的制备方法，其特征在于：所述金属盐与...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘天府，谢玉玉，杜睿智，魏晨燕，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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