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。
8.2离子的电迁移率和迁移数
=
Q+ Q++ QQQ++ Q-
=
n阳(迁） 阳离子迁出阳极区的物质的量
总电量 n(电）
t- =
=
=
n阴(迁） 阴离子迁出阴极区的物质的量
总电量 n(电）
t+ + t- = 1
影响迁移数的因素： 1）浓度的影响：浓度升高，离子的引力较大，正负离 子的速率均减慢， 若正负离子价数相同，所受影响也 大致相同，ti 变化不大；若价数不同，则价数大的离子 的ti 减小缓慢。 2）温度的影响：主要影响离子的水和程度，温度升高， 正负离子的速率均加快，二者的迁移数趋于相等。 3）外加电压的影响：一般不影响迁移数，因外加电压 增加时正负离子的速率成比例增加,因而迁移数基本不 变。
阳离子
阴离子
3.电解后含某离子的物质的量n(终了）。 4.写出电极上发生的反应，判断某离子浓 度是增加了、减少了还是没有发生变化。 5.判断离子迁移的方向。
阴极区 A 中间区 B 阳极区
例题： 在Hittorf 迁移管中，用Cu电极电解已知浓度的
CuSO 4溶液。通电一定时间后，串联在电路中的银
库仑计阴极上有 0.0405 g Ag(s) 析出。 称重阴极部溶液质量为
5. 在298 K时，用Pb(s)作电极电解Pb(NO3)2溶液， 该溶液的浓度为每1000 g水中含有Pb(NO3)216.64 g。 当与电解池串联的银库仑计中有0.1658 g银沉积后 就停止通电。已知阳极部溶液质量为62.50 g，经分 析含有Pb(NO3)21.151 g。试计算Pb2+的迁移数。
三、 迁移数和离子的电迁移率
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。
和一价铜半径接近的金属离子
和一价铜半径接近的金属离子与铜离子半径接近的金属离子有哪些呢？除了铜离子本身（Cu2+），还有哪些金属离子的半径与铜离子相似呢？本文将从周期表的角度出发，介绍与铜离子半径接近的金属离子。
我们先了解一下铜离子的半径。
铜离子（Cu2+）是一种二价正离子，其电子构型为[Ar] 3d10。
根据周期表，铜位于3d过渡金属系的第一行，其原子半径为128 pm。
而铜离子的半径通常会比原子半径小，这是因为在形成离子时，电子从外层轨道被剥离，导致离子半径变小。
与铜离子半径接近的金属离子主要集中在3d过渡金属系中，下面就来逐一介绍。
第一，锌离子（Zn2+）。
锌位于3d过渡金属系的第二行，其原子半径为134 pm。
锌离子是一种二价正离子，其电子构型为[Ar] 3d10。
由于锌的电子配置与铜相似，所以锌离子的半径也与铜离子接近。
第二，镍离子（Ni2+）。
镍位于3d过渡金属系的第四行，其原子半径为124 pm。
镍离子是一种二价正离子，其电子构型为[Ar] 3d8。
尽管镍的电子配置与铜有所不同，但由于其相似的原子半径，镍离子的半径也与铜离子接近。
第三，铁离子（Fe2+）。
铁位于3d过渡金属系的第五行，其原子半径为126 pm。
铁离子是一种二价正离子，其电子构型为[Ar] 3d6。
尽管铁的电子配置与铜有所不同，但由于其相似的原子半径，铁离子的半径也与铜离子接近。
第四，钴离子（Co2+）。
钴位于3d过渡金属系的第五行，其原子半径为125 pm。
钴离子是一种二价正离子，其电子构型为[Ar] 3d7。
尽管钴的电子配置与铜有所不同，但由于其相似的原子半径，钴离子的半径也与铜离子接近。
除了上述的金属离子外，还有其他一些金属离子的半径也与铜离子相似，如镉离子（Cd2+）、银离子（Ag+）等。
但需要注意的是，虽然这些金属离子的半径与铜离子接近，但它们的性质和化合物特性可能会有所不同。
总结起来，与铜离子半径接近的金属离子主要集中在3d过渡金属系中，包括锌离子、镍离子、铁离子、钴离子等。
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1. 引言锌离子迁移数是描述锌离子在电解质溶液中迁移速率的一个重要参数。
在电化学领域，离子迁移数是评价离子在电场中迁移能力的指标之一。
锌离子作为一种常见的金属离子，在多种工业和科研领域中具有广泛的应用。
了解锌离子的迁移数对于研究锌离子的传输行为及其在电化学过程中的应用具有重要意义。
2. 理论基础2.1 离子迁移数的定义离子迁移数（migration number）是指在电场作用下，离子在电解质溶液中移动的能力。
离子迁移数可以用来描述离子的迁移速率和电荷迁移的效果。
离子迁移数一般用数学符号“t”表示。
2.2 离子迁移数的测量方法测量离子迁移数的方法有多种，常见的方法包括：•离子迁移电导法：通过测量电解质溶液在电场中的电导率变化来计算离子迁移数。
•电动溶液法：通过在两个电解质溶液之间施加电场，测量两溶液之间离子迁移的速率来计算离子迁移数。
•拉普拉斯法：通过测量电解质溶液中的电阻来计算离子迁移数。
3. 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，主要包括：3.1 温度温度是影响锌离子迁移数的重要因素之一。
一般情况下，随着温度的升高，锌离子的迁移数会增加。
这是因为温度升高会增加溶液的离子动力学能量，促进离子的迁移。
3.2 电场强度电场强度是影响锌离子迁移数的另一个重要因素。
较强的电场会加速锌离子的迁移，使其迁移数增大。
3.3 溶液浓度溶液浓度是影响锌离子迁移数的因素之一。
一般情况下，溶液浓度越高，锌离子的迁移数越小。
这是因为高浓度的溶液中，离子间的相互作用增强，离子迁移受到阻碍。
3.4 溶液pH值溶液的pH值也会对锌离子的迁移数产生影响。
一般情况下，溶液的酸性或碱性增加，锌离子的迁移数会减小。
4. 锌离子迁移数的应用4.1 电镀工艺锌离子在电镀工艺中起着重要作用。
了解锌离子的迁移数可以帮助优化电镀工艺参数，提高电镀效果和生产效率。
4.2 电池技术锌离子在电池技术中广泛应用，尤其是锌离子电池和锌空气电池。
锌离子迁移数
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。
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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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