Zn1-xCoxO一维纳米材料的高压电输运特性研究

Due to the unique magnetic and optoelectronic properties, 1-D ZnO nanomaterials have attracted more and more attention in many fields. Doping is an effective approach to improve the physico-chemical properties of materials. External pressure can provide an alternative effective driving force to tune the structures and properties of the nanostructured materials compared with the traditional synthetic and fabrication routes. In this research project, the parameters of electrical transport of Zn1-xCoxO nanomaterilas (nanorods, nanowires) will be studied by high pressure method. The change of the electrical conductivity, carrier concentration, and magnetoresistivity of materials can be studied by in-situ electrical transport parameters measurement in a diamond anvil. Combining the in-situ X-ray diffraction measurement, high pressure Raman spectroscopy and first-principles calculation method, we want to reveal the information about electronic structure, charge density distribution, electronic interaction, and further investigate the mechanism of structure transformation and the root origin of magnetic for nanomaterials. The productions of this project will not only provide valuable information to understand the change of physicochemical properties of nanomaterials under high pressure, but also lay a basis for explore new 1-D nanomaterials with favorable properties.

一维结构的ZnO纳米材料以其独特的磁学、光学和电学性能在众多领域获得了广泛应用。为了进一步改善材料的某些特殊性质，可以对材料进行有针对性的掺杂改性。压力能够改变纳米材料的结构、形貌等物化性质，并且可能发现材料新的性质。本项目拟采用 Zn1-xCoxO 一维纳米材料（纳米棒、纳米线等）为研究对象，系统的研究压力作用下材料电导率、导电类型、载流子浓度、磁阻等电学参数的变化关系。通过研究各物理量随压力的变化行为及相互制约关系，深入分析材料在压力下发生相变和性质改变的实质。结合高压原位X射线衍射测量、高压Raman和第一性原理计算等研究手段，系统研究材料的电子结构、电荷密度分布、电子轨道相互作用，以及材料磁性起源等问题，进一步揭示高压相变产生机理及高压新效应的物理本质。本项目的实施不仅对研究纳米材料高压行为的物理本质有重要意义，并且可为探索形貌、结构、性能可控的新型一维结构纳米材料奠定基础。

通过对ZnO一维纳米材料进行掺杂改性，可以提高材料的光学、电学和磁学等性能。而在压力作用下，纳米材料的结构、形貌及相关性质可能发生变化，而且高压下的奇异性质也为材料的广泛应用提供了依据。本项目采用ZnO为掺杂主体作为主要研究对象，系统的对掺杂ZnO纳米材料的制备及高压下的相关性质进行了研究。同时也采用高压作为研究手段，对ZnS和CdS等半导体体材料和纳米材料的高压行为进行了研究，通过研究各物理量随压力的变化行为及相互制约关系，深入分析材料在压力下发生相变和性质改变的实质。取得结果主要如下： .（1）将高压原位电学测量技术和Raman技术相结合，观察到了CdS高压下经历了由半导体相到中间相（金属性质）到半导体相的结构转变。.（2）采用DAC在位阻抗谱测量方法研究了高压下纳米材料ZnS的晶粒和晶界特性，观察到了压力对晶粒和晶界的影响。通过空间电荷势随压力的变化关系推断出由闪锌矿到岩盐相的相转变机制，这也很好的解释了纳米ZnS在高压下反常的电阻变化。.（3）合成了样品Zn1-xCoxO一维纳米材料，并且系统的研究了样品的电学和磁学性质性质，通过磁阻效应分析发现样品均表现为正磁阻效应。.（4）合成了Zn1-xMnxO一维纳米材料，通过退火处理后，样品由负磁阻效应转变为正磁阻效应，并进一步对Zn1-xMnxO样品进行高压性质研究，并且找到了电阻率反常变化的原因。