新材料的制備與

新材料的制備與分析磁性摻雜對(duì)有機(jī)/無機(jī)鈣鈦礦類材料電磁特性的影響磁性摻雜對(duì)有機(jī)/無機(jī)鈣鈦礦類材料電磁特性的影響1、研究背景、創(chuàng)新點(diǎn)及方法2、樣品合成步驟3、獲得的成果及結(jié)論4、樣品的磁性分析一、研究背景介紹鈣鈦礦太陽能電池被期刊Science評(píng)為2013年度國際十大

科技進(jìn)展之一，目前是國際上熱門的研究課題。

(CH3NH3)2PbI4是一類具有層狀類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的二維有機(jī)/

無機(jī)雜合物材料，其中有機(jī)和無機(jī)組元的變化會(huì)對(duì)雜合物的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響分子內(nèi)部能帶結(jié)構(gòu)等的變化，對(duì)材料的熱、光及電學(xué)性能等產(chǎn)生影響，而產(chǎn)生獨(dú)特的光電性能。通過離子摻雜可以進(jìn)一步對(duì)該類材料的性能進(jìn)行增強(qiáng)或改進(jìn)，例如用磁性離子替代部分鉛離子，有可能在原有光電特性的基礎(chǔ)上增加磁特性，從而使該類材料具有更廣泛的應(yīng)用價(jià)值。一、本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)1.蒸發(fā)溶劑結(jié)晶法經(jīng)濟(jì)實(shí)用，對(duì)設(shè)備要求低，符合大學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究，容易進(jìn)行。2.在研究該類有機(jī)/無機(jī)鈣鈦礦類材料的物理特性方面，首次通過磁性離子（Mn離子）摻入，使得(CH3NH3)2PbI4材料在原有光電特性的基礎(chǔ)上增加磁特性。3.研究分析磁性摻雜后材料的磁特性基質(zhì)和電性機(jī)制，對(duì)拓展(CH3NH3)2PbI4材料在電磁特性應(yīng)用方面具有極大的價(jià)值。樣品制備：用蒸發(fā)溶劑結(jié)晶法制備出純度高的單相(CH3NH3)2PbX4樣品。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，制備出一系列Pb位用磁性金屬元素Mn離子替代的樣品。樣品研究：利用掃描/透射電子顯微鏡、X射線衍射儀、PPMS系統(tǒng)等儀器，對(duì)制備的晶體結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)及成分、磁性、電輸運(yùn)等性質(zhì)進(jìn)行測量，研究磁性離子替代對(duì)(CH3NH3)2PbX4結(jié)構(gòu)、磁電阻效應(yīng)的影響。結(jié)果分析與對(duì)比：將獲得的研究結(jié)果與現(xiàn)有文獻(xiàn)已報(bào)道的結(jié)果進(jìn)行比較、分析，揭示Mn摻雜對(duì)此類有機(jī)/無機(jī)鈣鈦礦材料磁性及電性的影響規(guī)律和其關(guān)鍵因素。研究方法一、研究方法二、樣品合成步驟主要材料：光伏有機(jī)/無機(jī)鈣鈦礦材料，基本分子式(CH3NH3)2PbI4二、樣品合成步驟（1）將等摩爾量的（CH3NH2）甲胺醇溶液和氫碘酸（HI）混合，加熱蒸干制備成CH3NH3I白色晶體粉末。（2）按不同摩爾比例稱取CH3NH3I（白色）、PbI2（黃色）、MnCl2（粉紅色）粉末放入研缽中。二、樣品合成步驟（3）將混合粉末在研缽中充分研磨，在研磨過程中，粉末發(fā)生反應(yīng)變黑。（4）研磨至粉末完全變成黑色，繼續(xù)研磨2h使得原料粉末充分反應(yīng)。二、樣品合成步驟（5）將黑色粉末移至表面皿中，加入少量丁內(nèi)酯，將黑色粉末溶解，生成黃色的透明溶液。二、樣品合成步驟6）將盛有黃色溶液的表面皿放入真空（或惰性氣體保護(hù)）干燥箱中蒸干，得到黑色晶體粉末。圖3.(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4樣品實(shí)物圖二甲胺鉛四鹵三、CH3NH3I的室溫X射線衍射圖圖2.CH3NH3I的室溫X射線衍射圖

1）CH3NH3I樣品的XRD衍射峰與文獻(xiàn)記載中的純凈樣品衍射峰符合，說明樣品的制備是成功的。三、(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4（x=0，0.2，0.5）的室溫X射線衍射圖圖3.(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4（x=0，0.2，0.5）的室溫X射線衍射圖1）(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4（x=0，0.2，0.5）三個(gè)樣品的XRD衍射峰中，與母相X=0的XRD衍射峰相吻合，沒有雜峰出現(xiàn)，說明樣品純凈，樣品制備成功。2）隨著Mn2+的增加，樣品衍射峰的位置向小角度方向有規(guī)律移動(dòng)，Mn2+替代成功。三、(CH3NH3)2PbI4樣品的表面形貌圖

圖4.(CH3NH3)2PbI4樣品的表面形貌1）樣品的表面能看到呈塊狀的部分比較致密，而且呈現(xiàn)出了許多的疏松顆粒狀。2）樣品的平均晶粒尺寸較大。3）樣品成像相對(duì)均勻，樣品的結(jié)晶性能良好，圖上沒有出現(xiàn)異常區(qū)域。四、(CH3NH3)2PbI4樣品的M-H曲線

(CH3NH3)2PbI4樣品300K的M-H曲線

(CH3NH3)2PbI4樣品5K的M-H曲線1）在固定樣品所用銅管的作用下，(CH3NH3)2PbI4樣品在300K和5K下，均表現(xiàn)抗磁性，抗磁性比較弱。2）在低溫5K的情況下，樣品在高場下仍表現(xiàn)抗磁性，但在低場下表現(xiàn)出極度微弱的鐵磁性現(xiàn)象。這可能說明樣品中存在極少量的鐵磁性相，有可能是樣品本身的性質(zhì)。四、(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4（x=0.2，0.5）樣品的M-H曲線

(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4（x=0.2，0.5）樣品300K的M-H曲線

(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4（x=0.2，0.5）樣品5K的M-H曲線

(CH3NH3)2Pb0.5Mn0.5I3Cl樣品5K的M-H放大曲線1）在摻雜Mn元素之后，樣品的磁性明顯增強(qiáng)，表現(xiàn)出了極弱的鐵磁性，隨著Mn含量的增加，樣品的磁性也隨之增強(qiáng)。2）樣片的矯頑力大約為50Oe，并且有明顯的交換偏置現(xiàn)象，說明在摻雜Mn離子后，樣品中存在鐵磁性相和反鐵磁性相的共存的現(xiàn)象。四、(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4（x=0.2，0.5）樣品樣品的M-T曲線(CH3NH3)2Pb0.8Mn0.2I3.6Cl0.4樣品的M-T曲線

(CH3NH3)2Pb0.5Mn0.5I3Cl樣品的M-T曲線樣品的M-T曲線，兩個(gè)樣品的FC和ZFC曲線均在低溫下有了分歧，x=0.2樣品的分歧點(diǎn)大約在50K，而x=0.5樣品的分歧點(diǎn)大約在170K，分歧程度也明顯大于x=0.2樣品。參考文獻(xiàn)【1】史昆玉，劉韓星.（C8H17NH3）2PbI4薄膜的制備和發(fā)光特性研究.2008.05【2】魏靜，趙清，李恒，施成龍，田建軍，曹國忠，余大鵬.鈣鈦礦太陽能電池：光伏領(lǐng)域的新希望