专利名称：Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备方法
技术领域：
本发明属于稀磁半导体材料制备工艺技术领域，特别是指一种制备Co掺杂CaO稀磁半导体材料的方法，。
背景技术：
稀磁半导体是一种重要的磁性半导体材料，是利用具有净磁矩的3d族过渡金属元素或4f族稀土金属元素的磁性阳离子，替代II-VI族、IV-VI族、II-V族、III-V族等化合物半导体材料中的部分非磁性阳离子，而形成的一种新型半导体材料。稀磁半导体具有电子电荷和电子自旋两个自由度，同时具有半导体材料和磁性材料的双重特性，利用稀磁半导体材料，人们可以期待制作出将磁、电集于一体的，具有稳定性好、数据处理速度快、集成度高、功率损耗低等优点的新型自旋电子器件。此外，由于磁性离子与半导体材料的相互作用，还具有很多独特的光学、磁学和输运特性，在理论和实际应用方面都得到越来越多的关注。在各种稀磁材料中，稀磁氧化物是现在研究的热点，研究发现稀磁氧化物中的氧空位在材料铁磁性的起源中起到了非常重要的作用，并制备出了具有高温铁磁性的稀磁氧化物。CaO是一种重要的碱土金属氧化物，是典型的碱性氧化物。碱土金属氧化物具有高的机械强度，高的熔点与沸点等特性，使其有希望应用在高温技术、微电子学以及催化作用等方面。近些年，人们对CaO等碱土金属氧化物基磁性材料进行了一些研究，但这些研究还是以理论研究为主，而且主要集中在非掺杂材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种Co掺杂CaO纳米稀磁半导体材料的制备方法，具有设备和工艺简单，操作方便；反应条件容易控制；不需要溶剂，污染少的优点。本发明提供一种Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备方法，包括如下步骤步骤1 将Ca (C2H3O2) 2 · 4H20和Co (C2H3O2) 2 · 4H20按比例充分混合并溶解于去离子水中，形成混合液；步骤2 将NaOH溶液缓慢滴入该混合液中，与混合液发生反应，形成沉淀产物；步骤3 从反应后的混合液中过滤出沉淀产物，将该沉淀产物用去离子水多次清洗；步骤4 将清洗后沉淀产物在干燥箱中烘干后进行研磨，得到前躯体粉末；步骤5 将前躯体粉末置于石英舟中，放入管式反应炉的中部，前躯体粉末在Ar气氛下煅烧分解，得到白色的纳米粉末，完成Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备。其中混合液中的Ca(C2H3O2)2 · 4H20和Co (C2H3O2)2 · 4H20的摩尔比为 0. 99-0. 9 0. 01-0. 1。其中沉淀产物为Ca(OH)2与Co (OH)2的混合物。其中烘干时的温度为80_100°C，时间为5-10小时。
其中煅烧的温度为500°C -900°C，煅烧的时间为50-70分钟。其中前躯体粉末分解得到的纳米粉末为QvxCoxO，其中x = 0. 01-0. 1。本发明的特点如下所述本发明是利用共沉淀法制备Co掺杂CaO纳米粉，设备和工艺简单，操作方便；反应条件容易控制；不需要溶剂，污染少。通过在Ar气氛下在500°C -900°C下煅烧，得到了 Cai_xCox0稀磁半导体材料。通过X射线衍射分析、透射电子显微镜和超导量子干涉仪磁强计对样品的测试结果表明，本发明获得的CahCoxO稀磁半导体材料具有铁磁性，且没有杂质相出现。
下面通过具体的实施例及附图进一步阐述本发明的技术特点和显著的进步，其中图1为本发明的方法流程图；图2为本发明方法在Ar气氛下在850°C下退火60分钟得到的C^l95Coa5O样品的 X射线粉末衍射图谱；图3为本发明方法在Ar气氛下在850°C下退火60分钟得到的C^l95Coa5O样品的透射电子显微镜图像；图4为本发明方法在Ar气氛下在850°C下退火60分钟得到的C^l95Coa5O样品的磁化强度-温度曲线图；图5为本发明方法在Ar气氛下在850°C下退火60分钟得到的C^l95Coa5O样品的磁滞回线图。
具体实施例方式请参阅图1所示，本发明提供一种Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备方法，包括如下步骤步骤1 将Ca (C2H3O2) 2 · 4H20和Co (C2H3O2) 2 · 4H20按比例充分混合并溶解于去离子水中，形成混合液，所述混合液中的Ca(C2H3O2)2 · 4H20和Co (C2H3O2)2 · 4H20的摩尔比为 0. 99-0. 9 0. 01-0. 1 ；步骤2 将NaOH溶液作为沉淀剂，逐滴缓慢滴入所述混合液中，NaOH溶液与混合液发生化学反应，生成沉淀产物，不断向混合液中滴入NaOH溶液，直至不再继续生成沉淀产物，该沉淀产物为Ca(OH)2与Co(OH)2的混合物；步骤3 从反应后的混合液中过滤出沉淀产物，将过滤出的沉淀产物用去离子水多次清洗；步骤4:将清洗后的沉淀产物在干燥箱中烘干，再在玛瑙研钵中进行研磨，得到前躯体粉末，烘干时的温度为80-100°C，时间为5-10小时；步骤5 将前躯体粉末置于石英舟中，放入管式反应炉的中部，向管式反应炉中通入高纯Ar气，前躯体粉末在Ar气氛下煅烧分解，得到白色的纳米粉末，完成Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备，其中煅烧的温度为500°C -900°C，煅烧的时间为50-70分钟，所述前躯体粉末分解得到的纳米粉末为Cai_xCox0，其中χ = 0. 01-0. 1。
实施例本发明提供一种Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备方法，包括如下步骤步骤1 将Ca (C2H3O2) 2 · 4H20和Co (C2H3O2) 2 · 4H20按比例充分混合并溶解于去离子水中，形成混合液，所述混合液中的Ca(C2H3O2)2 · 4H20和Co (C2H3O2)2 · 4H20的摩尔比为 0. 95 0. 05 ；步骤2 将NaOH溶液作为沉淀剂，逐滴缓慢滴入所述混合液中，NaOH溶液与混合液发生化学反应，生成沉淀产物，不断向混合液中滴入NaOH溶液，直至不再继续生成沉淀产物，该沉淀产物为Ca(OH)2与Co(OH)2的混合物；步骤3 从反应后的混合液中过滤出沉淀产物，将过滤出的沉淀产物用去离子水多次清洗；步骤4:将清洗后的沉淀产物在干燥箱中烘干，再在玛瑙研钵中进行研磨，得到前躯体粉末，烘干时的温度为100°c，时间为6小时；步骤5 将前躯体粉末置于石英舟中，放入管式反应炉的中部，向管式反应炉中通入高纯Ar气，前躯体粉末在Ar气氛下煅烧分解，得到白色的纳米粉末，完成Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备，其中煅烧的温度为850°C，煅烧的时间为60分钟，所述前躯体粉末分解得到的纳米粉末为C^l95C0atl5CL所制备材料的X射线粉末衍射图谱如图2所示，退火后得到的样品只有CaO相，没有杂质相的出现。利用Rietveld全谱拟合法对X射线粉末衍射图谱进行计算，表明所制备材料的晶格常数小于非掺杂CaO样品。如图3所示，对所制备材料的进行透射电子显微镜测量。可以在透射电子显微镜图像上看到清晰的晶格条纹，条纹间距为2. 73 A，比纯CaO在(111)方向上的面间距 2. 77 A略小，该结果与用Rietveld全谱拟合法计算得到的结果一致。图2和图3的测试结果说明，所制备的材料为CaO结构，Co原子取代Cu原子进入了 CaO晶格，引起CaO晶格的减小。图4和图5的磁性测量结果表明，样品具有铁磁特性，居里温度约为70K，样品表现出明显的磁滞回线，具有很高的矫顽力。以上所述的具体实施方式
，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式
而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备方法，包括如下步骤步骤1 将Ca(C2H3O2)2 · 4H20和Co(C2H3O2)2 · 4H20按比例充分混合并溶解于去离子水中，形成混合液；步骤2 将NaOH溶液缓慢滴入该混合液中，与混合液发生反应，形成沉淀产物；步骤3 从反应后的混合液中过滤出沉淀产物，将该沉淀产物用去离子水多次清洗；步骤4 将清洗后沉淀产物在干燥箱中烘干后进行研磨，得到前躯体粉末；步骤5 将前躯体粉末置于石英舟中，放入管式反应炉的中部，前躯体粉末在Ar气氛下煅烧分解，得到白色的纳米粉末，完成Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备。
2.如权利要求1所述的Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备方法，其中混合液中的 Ca(C2H3O2)2 · 4H20 和 Co(C2H3O2)2 · 4H20 的摩尔比为 0. 99-0. 9 0.01-0.1。
3.如权利要求1所述的Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备方法，其中沉淀产物为 Ca (OH) 2与Co (OH) 2的混合物。
4.如权利要求1所述的Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备方法，其中烘干时的温度为 80-100°C，时间为5-10小时。
5.如权利要求1所述的Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备方法，其中煅烧的温度为 5000C _900°C，煅烧的时间为50-70分钟。
6.如权利要求1所述的Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备方法，其中前躯体粉末分解得到的纳米粉末为Cai_xCox0，其中x = 0. 01-0. 1。
全文摘要
一种Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备方法，包括如下步骤步骤1将Ca(C2H3O2)2·4H2O和Co(C2H3O2)2·4H2O按比例充分混合并溶解于去离子水中，形成混合液；步骤2将NaOH溶液缓慢滴入该混合液中，与混合液发生反应，形成沉淀产物；步骤3从反应后的混合液中过滤出沉淀产物，将该沉淀产物用去离子水多次清洗；步骤4将清洗后沉淀产物在干燥箱中烘干后进行研磨，得到前驱体粉末；步骤5将前驱体粉末置于石英舟中，放入管式反应炉的中部，前驱体粉末在Ar气氛下煅烧分解，得到白色的纳米粉末，完成Co掺杂CaO稀磁半导体材料的制备。
文档编号C01F11/02GK102351229SQ201110185320
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月1日 优先权日2011年7月1日
发明者刘喆, 李晋闽, 王军喜, 赵婧 申请人:中国科学院半导体研究所