磁场传感器材料性能的研究

论文总字数：23512字

摘 要

二硫化锡（SnS₂）是一种具备优异光电性能的二维范德华半导体材料，是目前报道的光电响应时间最快的二维半导体材料之一，无毒、无污染，含量较丰富且易于制备。通过在纳米SnS₂材料中掺入铁（Fe）原子，使得Fe原子替位掺杂在Sn原子的位置，即在SnS₂中掺入了磁性原子，可以在保持SnS₂原有光电特性的情况下，改善其磁性能。

本文利用水热合成法以一定比例的硫脲（CS(NH₂)₂）、四氯化锡（SnCl₄）、四水合氯化亚铁（FeCl₂·4H₂O）和氧化石墨烯（GO）水溶液等样品合成了纳米SnS₂ 、Fe掺杂SnS₂和Fe/GO掺杂SnS₂样品。利用智能X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）、X射线光电子能谱仪（XPS）、场发射扫描电子显微镜（SEM）、PPMS（综合物性测量系统）多功能物理特性测量系统等测试仪器对合成的样品进行了结构、元素含量、形貌和磁性能等表征。

样品的XRD图说明合成的SnS₂和SnS₂复合物都有SnS₂晶格结构，EDS图表明合成的样品中含有Fe原子，XPS说明Fe原子成功替代Sn原子掺入了SnS₂中，SEM图观测发现合成的SnS₂样品为片状结构，合成的Fe掺杂SnS₂样品为一层一层六边形片状结构堆叠在一起形成的较大棒状结构，合成的Fe/GO掺杂SnS₂样品为很多形状不一的片状结构（如六边形、四边形）团聚在一起的块状结构，构成三类材料的片状结构均在纳米量级。零场冷却/场冷却（ZFC/FC）曲线和磁滞回线说明合成的样品为多晶态的铁磁材料。

关键词：SnS₂纳米片；铁掺杂；氧化石墨烯；磁特性

Abstract

Stannic disulfide is a kind of two-dimensional Van der Waals semiconductor material with excellent photoelectric properties such as the fastest photoelectric response time. In the case of maintaining the original photoelectric properties, the position of Sn atoms doped by magnetic atoms (such as Fe atoms) can improve the magnetic properties of SnS₂.

Nano SnS₂, Fe doped SnS₂ and Fe/GO doped SnS₂ samples were synthesized by hydrothermal synthesis with a certain proportion of thiourea (CS(NH₂)₂), tin(IV) chloride (SnCl₄), ferrous chloride (FeCl₂^. 4H₂O) and aqueous solution of graphene oxide. The structure, element content, morphology and magnetic properties of the synthesized samples were characterized by intelligent X-ray diffractometer (XRD), energy dispersive spectrometer (EDS), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS), field emission scanning electron microscope (SEM), physical property measurement system(PPMS)multifunction physical characteristic measurement system and other testing instruments.

Both the synthesized SnS₂ and SnS₂ complexes are SnS₂ lattice structure in the XRD diagram. The Fe atoms are contained in the synthesized samples from the EDS diagram. The Fe atoms are successfully replaced Sn atoms doped into SnS₂ according to the XPS diagram. The synthesized SnS₂ samples are flaky structures in the SEM diagram. The synthesized Fe doped SnS2 samples are a large rod like structures stacked together with hexagonal flaky structures. The synthesized Fe/GO doped SnS₂ samples are a lump structure with many different flaky structures (such as hexagons and quadrangles). The flaky structure of the three types of materials is on a nanoscale. The synthesized samples are ferromagnetic materials with polycrystalline state according to the zero-field-cooled/ field-cooled(ZFC/FC) curves and hysteresis loops.

KEY WORDS: SnS₂ nanosheets, Fe-doping, Graphene oxide, Magnetic properties

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 4

1.1纳米材料简介 4

1.2磁性材料简介 4

1.3纳米SnS₂的制备方法 4

1.3.1水热合成法 4

1.3.2熔盐合成法 5

1.3.3微机械剥离法 6

1.4选题意义和研究内容 6

第二章 纳米SnS₂及其复合材料的合成及表征 7

2.1 实验仪器与试剂 7

2.2 纳米SnS2的合成及表征 8

2.2.1水热合成法制备纳米SnS₂材料 8

2.2.2结果与讨论 8

2.2.3小结 10

2.3 Fe掺杂纳米SnS2复合材料的合成及表征 10

2.3.1水热合成法制备不同浓度Fe掺杂的纳米SnS₂复合材料 10

2.3.2结果与讨论 11

2.3.3小结 17

2.4 Fe/GO掺杂纳米SnS2复合材料的合成及表征 17

2.4.1 水热合成法制备不同浓度Fe掺杂的纳米SnS2/GO复合材料 17

2.4.2 结果与讨论 18

2.4.3 小结 24

第三章 总结与展望 25

3.1本文工作总结 25

3.2展望 26

致谢 27

参考文献 28

第一章 绪论

1.1 Mems柔性磁场传感器简介

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