创新训练项目申请书edition2剖析.doc
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1、 项目编号: 吉林大学“大学生创新创业训练计划”创新训练项目申请书项目名称 金属掺杂In2O3和ZnO的第一性原理研究项目负责人 王睿 所在学院、年级、专业 材料科学与工程学院 2011级 材料科学与工程 联系电话 13944870891 电子邮件 744193865 指导教师姓名1 连建设 职称 教授 指导教师姓名2 职称 填表日期 2012 年 11 月 15 日 吉林大学教务处制表填表须知一、本表适用于创新训练项目。本科生个人或团队,在校内导师指导下,自主完成创新性实验方法的设计、设备和材料的准备、实验的实施、数据处理与分析、总结报告撰写等工作。二、申报书请按顺序逐项填写,实事求是,表达
2、明确严谨。空缺项要填“无”。三、申请参加大学生创新训练项目团队的人数不得超过5人。四、申请项目,必须聘请教师作为指导老师,并请指导教师在申请书中的指导教师意见栏中签署意见。五、填写时可以改变字体大小等,但要确保表格的样式不变;不得随意涂改;A4纸打印,左侧装订。六、本表由项目负责人报所在学院初审,学院签署初审意见后报送教务处实习与实验教学科(一式3份原件)。七、“项目编号”由教务处填写。八、申报过程有不明事宜,请与教务处实习与实验教学科联系,电话85166413。项目名称金属掺杂In2O3和ZnO的第一性原理研究 项目起止时间 2012年 11 月 至 年 月负责人姓名年级学院专业教学号联系电
3、话E-mail王睿2011级材料科学与工程学院材料科学与工程4311060913944870891744193865项目组成员黄新词2011级材料科学与工程学院材料科学与工程4311052718943622044462759147姚瑞琪2011级材料科学与工程学院材料科学与工程4311052613596488400769956177杨浩宇2011级材料科学与工程学院材料科学与工程4311050218204318079249137097于志佳2011级材料科学与工程学院材料科学与工程4311061718204312079842490159指导教师1姓名连建设职务/职称教授所在单位吉林大学材料科学
4、与工程学院联系电话13604430782E-maillianjs对本课题相关领域研究情况 本课题组对金属掺杂In2O3和ZnO均有较为完备的研究,如组内对Ca,Y,Mg,Nd等元素掺杂ZnO以及对Y,Sn掺杂In2O3电子特性,光学特性以及磁学特性的研究均在SCI发表过相关论文,有较好的成果。指导教师2姓名职务/职称所在单位联系电话E-mail对本课题相关领域研究情况项目性质小发明、小创作、小设计开放实验室或实习基地中的创新性实验或新实验开发基础性研究 应用性研究社会调研项目选题来源自主立题教师科研课题的子项目项目学科类别材料科学与工程项目受其他渠道资助情况(填“无”或具体资助来源和经费,包括
5、获奖情况)无一、 立项背景和依据(包括研究目的、国内外研究现状分析与评价、研究意义,应附主要参考文献及出处)立项背景:在当今世界飞速发展的背景下,寻找高效率、廉价、环保材料已成为国内外学者们的研究的热点。近年来,在半导体氧化物中通过掺杂改变其带隙宽度从而改变其导电性能和光学性能的这一方面研究日益受到科学家们的重视。In2O3和ZnO是典型的宽带隙氧化物半导体材料,具有良好的电学和光学性能,价格低廉,无毒环保并且具有稳定的化学性质等特点。薄膜太阳能电池作为一种价格低廉,具有广阔发展前景的一种能源器件,更加值得研究。但是由于中间半导体层几乎没有横向导电性能,因此必须使用TCO(Transparen
6、t Conductive Oxide)玻璃有效收集电池的电流,同时TCO薄膜具有高透和减反射的功能让大部分光进入吸收层。但是,薄膜太阳能电池的转换率过低,所以作为TCO薄膜的主要材料,如何提高宽隙半导体ZnO和In2O3的带隙,减少可见光的吸收,从而增加转换率,成为当今世界的研究热点。国内外研究现状分析与评价:1972年Fujishima1对二氧化钛光催化性能的研究引起了科学界的广泛关注,使光电信息材料成为人们的研究热点。上世纪90年代初2,利用p型掺杂氮化镓材料研制出的半导体元件标志着第三代半导体材料的兴起。3研究发现,掺杂可以通过调整氧化物的带隙宽度从而改变半导体的光电性能。目前,国内外对
7、于In2O3和ZnO的光学性质及磁学性质的研究较为完善,理论研究较多,能够充分地利用出这两种半导体氧化物优越的性能开发出更有价值的应用。而对于掺杂ZnO国内外已有了很多研究,如4,5,6Al掺杂ZnO薄膜对甲醇具有良好的气敏性能,在较高的温度下有短的反应时间。7,8,9Cu掺杂ZnO的纳米颗粒可用于气体催化,催化反应在可见光条件下可以发生,催化产物为H2,和S。10,11Ni掺杂ZnO纳米粒子结构制备的气敏元件在甲醛测试方面有良好的气敏性能,能够检测浓度为100PPm的甲醛气体。12,13Mg掺杂ZnO纳米晶体对亚甲基蓝呈现出良好的催化作用。总体来说,针对14-18金属掺杂ZnO的研究国内外大
8、多围绕着薄膜和颗粒展开,对于它的光学特性研究较少,这类材料往往拥有独特的光电性能和磁学性能,因此具有潜在的应用前景。而对于19,20,21,22In2O3来说,金属掺杂In2O3在光电产业中有着非常广泛的应用。在光电产业中有着非常广泛的应用。而Sn掺杂In2O3薄膜的应用领域最广、工业产量最大,Nb掺杂In2O3薄膜则是一种近年来新发现的TCO薄膜。而对Y掺杂In2O3的研究国内外很少。 研究目的及意义:基于以上In2O3和ZnO掺杂领域的研究现状,本实验项目以金属元素和过渡金属元素和稀土元素作为掺杂剂,利用第一性原理等手段,从理论上对掺杂对In2O3和ZnO的带隙改变和光电性能的改变进行研究
9、。通过对这一问题的研究,从理论上归纳和总结出各种掺杂对In2O3和ZnO性能的影响。对二者的光学和电学以及磁学方面的性能进行更深层次的探讨,发掘In2O3和ZnO更高的利用价值和利用方式,研发高效率、高性能、高科技的环保廉价型新材料(主要是TCO薄膜方面)。主要参考文献:1Fujishima.A.,Honda,K.,Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode,Nature 1972,238:37-382于晓慧 金属掺杂TiO2和ZnO的第一性原理研究 江苏大学2010年12月3洪瑞金,贺洪波,邵建达,范正修
10、宽禁带氧化锌半导体薄膜的研究进展 中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800,2005年2月4侯清玉,赵春旺,李继军,王钢 Al高掺杂浓度对 ZnO 导电性能影响的第一性原理研究 物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 60,No. 4 (2011) 0471045张富春,邓周虎,阎军锋,允江妮,张志勇 Ga Al In 掺杂 ZnO 电子结构的第一性原理计算 电子元件与材料 2005年8月 第八期6宋立媛,唐利斌,姬荣斌,陈雪梅,刘新近,庄继胜,王 茺,杨 宇 溶胶-凝胶法制备 Al3掺杂 ZnO 薄膜的结构和光学性能7吴兆丰 Co、Cr、Cu、Mn 等过渡金属掺杂ZnO
11、薄膜的合成与性能研究 苏州大学8许露,梁红伟,刘远达,李春野,冯秋菊,柳阳,李国兴,杜国同 Cu掺杂ZnO的光致发光光谱 材料导报A:综述篇 2011年2月(上)第25卷第2期9熊志华 ZnO掺杂改性的第一性原理研究 南昌大学10张富春 张威虎 董军堂 张志勇 Ni掺杂ZnO纳米线的电子结构与磁性 物理化学学报 2011 27(10),2326-233211肖振林,史力斌 利用第一性原理研究 Ni 掺杂 ZnO 铁磁性起源 物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 60,No. 2 (2011) 02750212靳锡联,娄世云,孔德国,李蕴才,杜祖亮 Mg掺杂ZnO所致的禁带宽度增大
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