金屬摻雜二氧化鈦的奈米顆粒製備及特性分析

Synthesize and characterization of metal doped TiO2 nanoparticles

藍文伶(Wen-Lin Lan)

指導教授 ： 林昭吟博士 ； 曾俊元博士

國立臺北科技大學/工程學院/材料科學與工程研究所/碩士(2008年)

https://doi.org/10.6841/NTUT.2008.00319

摘要

二氧化鈦有很多獨特的性質，如具有光觸媒的性質，且為寬價帶的材料，如果在TiO2中添加微量的磁性元素，則形成所謂的稀磁性半導體。在未來磁性半導體可能成為磁性記憶體的重要材料，所以吸引很多學術界及工業界研究人員的注意。我們此工作的重點是在TiO2中添加磁性元素Ni、Fe和非磁性元素Cr，並研究其物理性質，以了解其磁性的機制。本實驗在室溫下，以TiCl4為前驅物，分別加入硝酸鐵（Fe(NO3)3）、硝酸鎳（Ni(NO3)2）和氯化鉻（CrCl3）。利用溶膠-凝膠法(sol-gel method)合成摻雜離子的TiO2奈米顆粒，並探討摻雜不同離子及不同濃度對物理性質的影響。由X光繞射分析中可以得知摻雜金屬離子的二氧化鈦奈米顆粒全為銳態礦(anatase)的結構，且沒有第二相產生。由元素分析得知,鐵和鉻幾乎可以完全添加進入二氧化鈦的結構。由電子自旋共振分析得知，含2%~10%的鐵、鉻的樣品，可以看到一個室溫鐵磁性訊號與電子順磁性訊號，隨著不同比例的鐵或鉻的含量增加,訊號也相對變的更明顯。因此，我們的結論是摻雜Fe、Cr的TiO2皆可形成磁性半導體，且磁性的機制應該和缺陷有關。

關鍵字

溶膠凝膠法 ； 二氧化鈦 ； 磁性半導體 ； 奈米顆粒

並列摘要

TiO2 is important to both academic research and industrial applications, due to its’ unique properties, including the wide band gap and the photo-reactivity. In particular, when being doping with a few percent of magnetic ions, it becomes dilute magnetic semiconductor. Since the dilute magnetic semiconductors are the important materials for the future magnetic memory devices, they attract much attention of researchers in both academic and industrial societies. In this work, the metal-doped TiO2 (where metal=Fe, Ni, and Cr) nanoparticles are synthesized with the sol-gel process. The crystal structures of the obtained nanoparticles are characterized by powder X-ray diffractometer. All the diffraction peaks for metal-doped TiO2 nanoparticles can be indexed as with the pure anatase phase. The results of electron-spin-resonance reveal the coexistence of the magnetic and paramagnetic signals in Fe, Cr doped TiO2 samples at room temperature. The intensity of both signals enhance with increasing the metal concentration. Based on our overall experimental data, the room temperature ferromagnetic properties in Fe and Cr doped TiO2 is intrinsic and that the mechanism of ferromagnetism is likely related to the doping induced defects.

並列關鍵字

sol-gel method ； TiO2 ； magnetic semiconductors ； nanoparticles

參考文獻

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