锌离子迁移数
ZnO半导体材料及器件
ZnO半导体材料及器件【摘要】在过去的十多年时间里里,ZnO作为半导体具有独特的性质而倍受瞩目和广泛研究。
例如，ZnO具有较高的电子迁移率，是直接带隙半导体，具有较宽的禁带宽度和较大的激子束缚能。
在光电器件的应用上，ZnO已经被认为是一种很有潜力的材料，而制造高质量的p型ZnO是实现其应用的关键。
由本征缺陷或者氢杂质引起的较强的自补偿效应使得通过掺杂来制得p型ZnO半导体非常困难。
尽管如此，通过研究者们的努力，在制备高质量的p型ZnO半导体和基于ZnO的器件上已经取得了很大的进步。
【关键词】p型ZnO；ZnO器件1997年D. M. Bagnall等人在室温下得到了ZnO薄膜的光泵浦受激发射[1]。
美国Science杂志以“Will UV Lasers Beat the Blues?”为题对该结果作了报道.由此，掀起了对ZnO的研究热潮。
D. M. Bagnal等利用等离子体增强分子束外延在蓝宝石的（0001）衬底上生长的ZnO 薄膜，在室温下、阈值激励强度为240kW cm-2的条件下发出了激光（见下图）。
一、ZnO的性质（1）ZnO作为一种新型的直接宽带隙光电半导体材料，其晶体结构与GaN一致，晶格常数与GaN的非常接近，在电子和光电子器件应用方面具有很多吸引人的特征与优点。
（2）ZnO的直接带隙很宽（Eg~3.37 eV 在300 K下），与GaN的相当（Eg~3.4 eV 在300 K下）。
而GaN已经广泛应用于制作绿光、蓝光以及白光发光器件。
（3）室温下ZnO的激子束缚能高达60meV，是GaN(约24meV)的2倍，也比室温热离化能(25meV)高许多，激子复合可以在室温下稳定存在，也可以实现室温或更高温度下高效的激子受激发射，且激射阂值比较低。
如此高的激子束缚能能够提高发光效率。
（3）通过掺杂Cd或者Mg,ZnO的禁带宽度（Eg~3.37 eV）可以有效地在3~4.5eV之间调整.（4）ZnO薄膜可以大面积、均匀地生长在多种衬底上，这样就具有更加广泛的应用范围，而GaN薄膜只能生长在一些如SiC、蓝宝石、Si等特定的衬底上。
锌的电积
锌的电积-杂质在电积过程中的行为及质量控制在阴极上放电的杂质离子在阴极区，杂质对电解过程的影响主要取决于它们的析出电位和氢在其上的超电压。
所有能够在阴极上放电的离子都有一个共同点，即它们的析出电位总比锌正，有些杂质的还原电位是正值，有的虽然和锌一样也是负值，但绝对值比较小。
虽然这些杂质都能够在阴极析出，并给电解生产造成不利的影响，但是，不同杂质所造成的影响却不完全相同。
造成这种差异的主要原因是氢与不同金属的结合力存在着很大的差别，因此，可以根据氢在其上超电压的大小及氢化物的稳定程度将这类杂质分为以下三组。
A 铅、镉、锡、铋等金属离子铅和镉离子经常存在于工业锌电解液中，而锡和铋则不多见，只有在某些特殊情况下才会进入溶液。
杂质铅主要来自阳极板，而镉则来自精矿。
当溶液中的这些杂质离子浓度很高时，会由于锌和这些杂质金属组成微电池而有加大锌的溶解趋势。
B 钴、镍、铜等金属离子这几种金属的共同点是氢在其上析出时的超电压都不同。
由于它们也是属于析出电位较锌为正的这一类杂质，因而按照热力学规定，它们将在阴极上较锌先析出，这点是和第一组铅、镉、锡、铋等金属的沉积情况相似。
但是，它们在阴极表面上沉积下来之后，金属锌却不会在其上析出而将它们加以覆盖。
在这类杂质沉积的地方只会发生氢的放电。
这是由于氢在这里析出的超电压较低，其析出电位比锌的放电电位高（负数绝对值较小）的缘故。
如果电解液中存在着一定浓度的这类杂质，就会给电解过程造成很大的干扰，这时在阴极片上将出现各种各样的孔洞，产生烧板现象。
C 锗、砷、锑等杂质元素这组杂质元素具有前两组元素所没有的独特行为，它们在阴极上放电后能生成氢化物，并且，这些氢化物易于分解和挥发气体。
锗是正电性金属，因而它易于在阴极上放电沉积，又由于氢在其上析出的超电压不高，所以继之而来的将是氢离子的放电，同时产生活性氢原子，这两种原子进一步结合就生成了锗化氢气体。
如果锗化氢在形成后能像氢气和氧气那样立即逸出，就不会给电解作业带来多大的危害，因为工业电解液中锗的含量一般都是非常微小的。
离子的迁移数
希托夫法测定离子的迁移数一、实验目的掌握希托夫法测定电解质溶液中离子迁移数的基本原理和操作方法。
测定4CuSO 溶液中+2Cu 和-24SO 的迁移数。
二、实验原理当电流通过电解质溶液时，在两电极上发生氧化、还原反应，反应物质的量与通过电量的关系服从法拉第定律。
同时，在溶液中的正、负离子分别向阴、阳两极迁移，由于正、负离子的移动速度不同，所带电荷不等，因此它们在迁移电量时所分担的份额也不同。
电解的结果是两极区的溶液浓度发生了变化。
为了表示电解质溶液中离子的特征，以及它们对溶液导电能力贡献的大小，引入离子迁移数的概念。
通 电 前通 电 放 电 后图21.1 离子电迁移示意图在两个惰性电极之间设想两个假想截面AA 、BB ，将电解池分成阳极中间区和阴极区（图21.1）。
假定电解质MA 溶液中仅含有一价正、负离子+M 和-A ，且负离子的运动速度是正离子运动速度的三倍，即+-=v v 3。
电极通电、放电后的结果是：阴极区：只剩下2个离子对，这是由于从阴极区移出三个负离子所致；阳极区：只剩下4个离子对，这是由于从阳极区移出一个正离子所致。
通过溶液的总电量Q 为正、负离子迁移电量的总和，即4个电子电量，因此可以得到如下关系：)()(-+-+==Q Q v v 负离子迁移的电荷量正离子迁移的电荷量阴极区减少的电解质阳极区减少的电解质 定义离子的迁移数为：正离子迁移数 Q Q t ++=，负离子迁移数 QQt --=，其中Q 总电量 1=+=+∴-+-+QQ Q Q t t 离子迁移数可以用希托夫法进行测定，其实验原理如图2所示，包括一个阴极管、一个阳极管和一个中间管，外电路中串联有库仑电量计（本实验中采用铜电量计），可测定通过电流的总电量。
在溶液中间区浓度不变的条件下，分析通电前原溶液及通电后阳极区（或阴极区）溶液的浓度，比较等重量溶剂所含MA 的量，可计算出通电后迁移出阳极区（或阴极区）的MA 的量。
通过溶液的总电量Q ，由串联在电路中的电量计测定。
gan纤锌矿结构
GAN纤锌矿结构1. 引言GAN纤锌矿是一种具有特殊结构的材料，其独特的晶体结构和性质使其在各种领域具有广泛的应用。
本文将详细介绍GAN纤锌矿的结构特点、制备方法以及其在能源、光电子、催化等领域的应用。
2. GAN纤锌矿结构特点GAN纤锌矿属于六方晶系，空间群为P63mc，晶胞参数a=b=0.325 nm，c=0.520 nm。
其晶体结构由一层锌离子和两层氮离子构成，形成了一种类似蜂窝状的结构。
这种结构使得GAN纤锌矿具有优异的电子传输性能和光学性能。
GAN纤锌矿晶体结构中，锌离子占据了六边形的中心位置，而氮离子则位于六边形的边缘位置。
这种结构使得GAN纤锌矿具有较高的电子迁移率和较低的电子能带间隙，使其在光电子器件中具有广泛的应用前景。
3. GAN纤锌矿的制备方法GAN纤锌矿的制备方法主要包括物理气相沉积法、溶液法和热蒸发法等。
其中，物理气相沉积法是最常用的制备方法之一。
物理气相沉积法通过在高温环境下将锌和氮源气体反应生成GAN纤锌矿。
该方法具有制备简单、成本低廉的优点，且可以控制材料的尺寸和形貌。
然而，物理气相沉积法制备的GAN纤锌矿晶体质量较差，晶界和缺陷较多，限制了其在一些高性能器件中的应用。
溶液法是另一种常用的制备GAN纤锌矿的方法。
该方法通过将金属盐和氮源溶解在溶剂中，经过溶剂蒸发和热处理得到GAN纤锌矿。
溶液法制备的GAN纤锌矿晶体质量较好，晶界和缺陷较少，适用于制备高性能的光电子器件。
4. GAN纤锌矿在能源领域的应用由于GAN纤锌矿具有较好的光电特性，因此在能源领域具有广泛的应用前景。
GAN纤锌矿可以作为太阳能电池的吸收层材料，将太阳能转化为电能。
其较低的电子能带间隙和较高的电子迁移率使得GAN纤锌矿在光吸收和电子传输方面具有优势。
研究表明，将GAN纤锌矿作为太阳能电池的吸收层材料，可以提高太阳能电池的转换效率。
此外，GAN纤锌矿还可以用于光催化水分解。
由于其较窄的带隙和较高的光吸收能力，GAN纤锌矿可以有效吸收太阳光，将其转化为化学能。
锌离子迁移数
锌离子迁移数
（原创实用版）
目录
1.锌离子迁移数的定义
2.锌离子迁移数的测量方法
3.锌离子迁移数的应用
4.锌离子迁移数的影响因素
正文
锌离子迁移数是指在电解质溶液中，锌离子在电场作用下迁移的数量。
锌离子迁移数是电化学领域的一个重要概念，它与电极反应、电解质溶液的物理化学性质以及电场的强度等因素密切相关。
测量锌离子迁移数的方法通常采用电化学技术，例如循环伏安法和电化学阻抗谱法。
这些方法可以测量锌离子在电场作用下的迁移速率和数量，从而得到锌离子迁移数。
锌离子迁移数在许多领域都有应用，例如电化学腐蚀、电镀和电池等。
在这些领域中，锌离子迁移数的大小直接影响到材料的腐蚀速率、电镀层的质量和电池的性能。
锌离子迁移数的大小受到多种因素的影响，包括电解质溶液的浓度、温度、电极材料和电场强度等。
当这些因素发生变化时，锌离子迁移数也会相应发生变化。
总之，锌离子迁移数是电化学领域的一个重要概念，它与电解质溶液的物理化学性质、电极反应和电场强度等因素密切相关。
测量锌离子迁移数的方法通常采用电化学技术，例如循环伏安法和电化学阻抗谱法。
锌离子迁移数在许多领域都有应用，例如电化学腐蚀、电镀和电池等。
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锌离子电池扩散系数
锌离子电池扩散系数1.引言1.1 概述概述部分的内容应该对锌离子电池的基本概念和背景进行介绍。
以下是一个概述部分的例子：锌离子电池作为一种重要的能源储存装置，在过去几年中受到了广泛的研究和关注。
它具有较高的能量密度、较低的成本和良好的环保性能，因此在可再生能源领域具有广阔的应用前景。
锌离子电池的工作原理类似于传统的锂离子电池，其电化学反应是通过锌离子在正极和负极之间进行迁移来完成的。
锌在正极失去电子形成锌离子，同时在负极接受电子形成金属锌，这使得电池在充放电过程中产生电流。
与锂离子电池相比，锌离子电池具有一些独特的优势。
首先，锌作为一种丰富的资源，在全球范围内易于获取并且价格相对较低。
其次，锌离子的电荷-质量比较高，使得锌离子电池具有更高的能量密度。
此外，由于锌离子电池使用的是水系溶液电解液，相对于锂离子电池的有机电解液来说，具有更高的安全性和更低的火灾风险。
然而，锌离子电池仍然面临着一些挑战，其中之一就是锌离子在正极和负极之间的扩散过程。
扩散系数是衡量锌离子在电池内部传输速度的重要参数，它直接影响到电池的性能和充放电速度。
因此，研究锌离子电池的扩散系数以及影响因素就显得尤为重要。
本文将就锌离子电池的扩散系数进行较为详细的探讨，并深入分析了影响锌离子电池扩散系数的各种因素。
通过对这些因素的研究，我们可以更好地理解锌离子电池的工作机制，并为其性能的提升和应用的推广提供理论指导。
文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三部分。
- 引言部分将对锌离子电池扩散系数的重要性和研究背景进行概述，介绍锌离子电池的基本原理，明确本文的研究目的。
- 正文部分将分为两个小节进行论述。
首先，将详细介绍锌离子电池的基本原理，包括电化学反应、离子交换膜以及离子的迁移机制。
其次，将着重探讨锌离子电池中的扩散过程，包括扩散的定义、扩散方程的推导、扩散系数的意义等内容。
- 结论部分将总结锌离子电池扩散系数的重要性，并简要分析影响锌离子电池扩散系数的因素，为后续研究提供一定的参考和启示。
锌的电积
锌的电积-杂质在电积过程中的行为及质量控制在阴极上放电的杂质离子在阴极区，杂质对电解过程的影响主要取决于它们的析出电位和氢在其上的超电压。
所有能够在阴极上放电的离子都有一个共同点，即它们的析出电位总比锌正，有些杂质的还原电位是正值，有的虽然和锌一样也是负值，但绝对值比较小。
虽然这些杂质都能够在阴极析出，并给电解生产造成不利的影响，但是，不同杂质所造成的影响却不完全相同。
造成这种差异的主要原因是氢与不同金属的结合力存在着很大的差别，因此，可以根据氢在其上超电压的大小及氢化物的稳定程度将这类杂质分为以下三组。
A 铅、镉、锡、铋等金属离子铅和镉离子经常存在于工业锌电解液中，而锡和铋则不多见，只有在某些特殊情况下才会进入溶液。
杂质铅主要来自阳极板，而镉则来自精矿。
当溶液中的这些杂质离子浓度很高时，会由于锌和这些杂质金属组成微电池而有加大锌的溶解趋势。
B 钴、镍、铜等金属离子这几种金属的共同点是氢在其上析出时的超电压都不同。
由于它们也是属于析出电位较锌为正的这一类杂质，因而按照热力学规定，它们将在阴极上较锌先析出，这点是和第一组铅、镉、锡、铋等金属的沉积情况相似。
但是，它们在阴极表面上沉积下来之后，金属锌却不会在其上析出而将它们加以覆盖。
在这类杂质沉积的地方只会发生氢的放电。
这是由于氢在这里析出的超电压较低，其析出电位比锌的放电电位高（负数绝对值较小）的缘故。
如果电解液中存在着一定浓度的这类杂质，就会给电解过程造成很大的干扰，这时在阴极片上将出现各种各样的孔洞，产生烧板现象。
C 锗、砷、锑等杂质元素这组杂质元素具有前两组元素所没有的独特行为，它们在阴极上放电后能生成氢化物，并且，这些氢化物易于分解和挥发气体。
锗是正电性金属，因而它易于在阴极上放电沉积，又由于氢在其上析出的超电压不高，所以继之而来的将是氢离子的放电，同时产生活性氢原子，这两种原子进一步结合就生成了锗化氢气体。
如果锗化氢在形成后能像氢气和氧气那样立即逸出，就不会给电解作业带来多大的危害，因为工业电解液中锗的含量一般都是非常微小的。
“物化实验： 原电池电动势的测定和离子迁移数的测定”答案
物化实验十 原电池电动势的测定一、填空题：在下列空格中填入正确答案1. 有一电池的表达式为Zn(s )︱ZnSO 4(m 1)‖CuSO 4(m 2)︱Cu(s)，正极的反应为Cu 2+ + 2e → Cu ，负极的反应为 Zn → Zn 2+ + 2e ，电池的总反应为 Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu 。
2. 用 稀硫酸 浸洗的锌电极以除去表面上的氧化层，取出后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗，然后浸入饱和 硝酸亚汞 中，取出后用 吸水纸（或滤纸） 擦拭电极，使锌电极表面上有一层均匀锌汞齐。
3. 实验中由于使用标准氢电极不方便，常采用第二级的标准电极，又称为参比电极，本实验所用参比电极是 （饱和）甘汞电极 。
二、选择题：下列每题只有一个正确答案，从A 、B 、C 、D 选项中选出一个填入括号“（ ）”中1. 在某电池的表达式为Zn(s )︱ZnSO 4(m 1)‖CuSO 4(m 2)︱Cu(s)中，符号“‖”的意思是（ B ）A. 甘汞电极B. 盐桥C. 玻璃杯D. 玻璃棒2. 指出在处理铜电极表面的氧化层时，应使用的清洗液是（ A ）A. 稀硝酸B. 稀硫酸C. 稀盐酸D. 浓硝酸3. 指出影响电极电势大小的因素是（ D ）A. 电极的种类B. 溶液的浓度C. 环境温度D. 以上三种三、判断题：判断下列说法是否正确，在正确的题后（ ）内打√；在错误的题后打×（每小题1分，共10分）1. 由于所制作的锌汞齐电极表面有Hg ，所以在Zn(s )︱ZnSO 4(m 1)‖CuSO 4(m 1)︱Cu(s)中，铜为负极，汞为正极。
（× ）2. 制作锌汞齐电极时，擦拭表面的硝酸亚汞之后的吸水纸，要放在盛有足够水的指定的有盖的广口瓶中。
（√ ）3. 通过本实验，由于甘汞电极的电极电势是已知的，通过测量电池的电动势，我们同样也得到未知电极的绝对电极电势。
（× ）四、简答题（择其要点,简要回答）1. 本实验中原电池Cu(s)︱CuSO4(m1)‖CuSO4(m2)︱Cu(s)︱为一浓差电池，试比较m1和m2的大小，并分别写出两极的半反应类型及半反应方程式。
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锌离子迁移数
锌离子（Zn2+）是一种带有双正电荷的离子，它在化学反应和电解过程中具有重要的作用。
锌离子的迁移数（migration number）是描述该离子在电解质溶液中迁移速率的参数，它表示锌离子在电解质中进行电迁移的能力。
本文将介绍锌离子迁移数的定义、测定方法、影响因素以及其在电化学和相关领域中的应用。
一、锌离子迁移数的定义与测定方法
1.定义：锌离子迁移数是指在电解质溶液中，锌离子在迁移速度中所占比例的参数，通常用mn表示。
迁移数是一个无量纲的量，其数值介于0和1之间。
2.测定方法：锌离子迁移数的测定方法多种多样，以下是几种常用的方法：
a.基于密度梯度法：利用密度递增的纯均相电解质溶液，通过观察离子的迁移距离与密度梯度之间的关系，可以测定离子的迁移数。
b.基于离子迁移电流法：测量在电解池中，两电极间电流的比值，可以得到离子迁移数。
c.基于离子选择性电极法：使用离子选择性电极测定离子在不同
位置的浓度，进而计算离子迁移数。
d.基于电导法：通过测量电导率随时间的变化，可以计算出离子
迁移数。
二、锌离子迁移数的影响因素
锌离子的迁移数受多种因素的影响，以下是几个重要的因素：
1.溶液的浓度：一般来说，溶液的浓度越高，离子间的相互作用
越强，锌离子的迁移数可能会有所降低。
2.溶液的温度：温度升高会增加离子的活动度，进而增加锌离子
的迁移速率和迁移数。
3.溶剂的选择：不同溶剂对离子的溶解度和迁移数有不同的影响。
例如，有机溶剂通常具有较低的迁移数，而水作为常见的溶剂，可以
有较高的迁移数。
4.离子的尺寸和电荷：尺寸较小和电荷较大的离子往往具有较高
的迁移数，这是因为它们在溶液中能更快地通过溶剂分子之间的间隙。
三、锌离子迁移数的应用
锌离子迁移数的数据在很多领域中都有重要的应用价值：
1.电镀工业：在电镀过程中，锌离子的迁移数可以用于控制镀液
中的锌离子浓度分布，从而控制产品的镀层均匀度和质量。
2.锌电池和锌空气电池：迁移数是评估电池性能的重要参数之一，它与电池的充放电效率和能量密度等密切相关。
3.电解过程：锌离子作为电解质中的主要离子之一，其迁移数的
值能够影响电解过程的效率和反应速率。
4.生物学研究：锌离子是许多生物体内重要的金属离子之一，了
解其在生物体内的迁移能力对于理解锌在生物学过程中的作用具有重
要意义。
总结起来，锌离子迁移数是一个描述锌离子在电解质溶液中迁移
速率的参数，它受到溶液浓度、温度、离子尺寸、电荷以及溶剂选择
等因素的影响。
锌离子迁移数的测定方法多种多样，应用范围广泛，
涉及电化学、电镀工业、电池学以及生物学等领域。
对锌离子迁移数的研究有助于深入理解离子在电解质溶液中的迁移机理和影响因素，进而为相关领域的研究和应用提供理论基础和指导意义。