ZnO陶瓷及其應用

ZnO陶瓷及其應用2023/2/31ZnO陶瓷及應用第四組材料1301班壓敏陶瓷介紹2023/2/3ZnO陶瓷及應用2壓敏陶瓷或稱壓敏變阻器，指對電壓變化敏感的非線性電阻陶瓷（即電阻值與外加電壓成顯著的非線性關系），其伏安特性曲線如圖。當電壓低于某一臨界值時，壓敏陶瓷的阻值非常高，幾乎為一絕緣體，當電壓超過這一臨界值時，電阻值急劇減小，接近于導體。2023/2/3ZnO陶瓷及應用3從1931年日本將SiC用來吸收雷擊突波以來，已經出現了多種壓敏陶瓷電阻器的應用，如有線電話交換機用它消除電火花、硅整流器、彩色電視機用它吸收異常電壓、微型電動機用它來吸收噪聲及對電機進行過壓保護和繼電保護等制造壓敏半導體陶瓷材料有SiC、ZnO、BaTiO3、Fe2O3、SnO2、SrTiO3等。其中BaTiO3、Fe2O3利用的是電極與燒結體界面的非歐姆型，而SiC、ZnO、SrTiO3利用的是晶界非歐姆特性。目前應用最廣、性能最好的是ZnO壓敏半導體陶瓷。2023/2/3ZnO陶瓷及應用4各種變阻器特性比較可見ZnO遠優(yōu)于其他材料ZnO簡介2023/2/3ZnO陶瓷及應用5歷史起源結構性能制備應用：（壓敏陶瓷、摻雜半導體）前景歷史起源2023/2/36ZnO陶瓷及應用人類很早便學會了使用氧化鋅作涂料或外用醫(yī)藥，但是人類發(fā)現氧化鋅的歷史難以追溯。氧化鋅在古代和近代的另一主要用途是涂料，稱為鋅白。在20世紀后半葉，氧化鋅多用在了橡膠工業(yè)。在20世紀70年代，氧化鋅的第二大用途是是復印紙?zhí)砑觿，F在，晶粒微小的氧化鋅開始在納米材料領域擴展應用范圍結構ZnO的晶體結構纖鋅礦晶體結構，其中氧離子以六方密堆積排列，鋅離子占據了一半四面體間隙。也有立方閃鋅礦結構，以及比較罕見的氯化鈉式八面體結構纖鋅礦結構在三者中穩(wěn)定性最高，最常見2023/2/37ZnO陶瓷及應用O2-Zn2+結構2023/2/3ZnO陶瓷及應用8ZnO的能帶結構ZnO的能帶由O2-滿的2p能級和Zn2+空的4s能級所組成的。當離子相互靠近而形成晶體時，這些能級就形成能帶。滿的2p和空的4s之間的禁帶寬度約為3.2~3.4eV。從禁帶寬度看，室溫下ZnO應是一絕緣體。（禁帶寬度是指一個帶隙寬度(單位是電子伏特（eV))，固體中電子的能量是不可以連續(xù)取值的，而是一些不連續(xù)的能帶，要導電就要有自由電子存在，自由電子存在的能帶稱為導帶（能導電），被束縛的電子要成為自由電子，就必須獲得足夠能量從價帶躍遷到導帶，這個能量的最小值就是禁帶寬度。絕緣體的禁帶寬度一般很寬，

約為3~6eV，半導體的禁帶寬度較窄，約為0.1~2eV。）半導體化ZnO的半導體化有三種情況。1.由于本證缺陷。ZnO晶格結構間隙大，晶格中的Zn很容易脫離原來的位置進入間隙位置，形成Zn空位。

2023/2/39ZnO陶瓷及應用2023/2/3ZnO陶瓷及應用102.強制還原。在高溫低氧分壓下ZnO發(fā)生分解。分解可以形成間隙Zn離子，也可以形成氧空位。半導體化半導體化2023/2/3ZnO陶瓷及應用113.摻雜。若引入高價陽離子，如Al3+，Cr3+，Ga3+，In3+等，這些陽離子在ZnO中形成施主中心。若摻入低價金屬離子，如Li+，Cu+，Ag+等，在氧化氣氛，Li+置換Zn2+形成受主電導。這種摻雜與氣氛有關，如果在還原氣氛中，Li2O的摻雜也可以形成施主電導。ZnO壓敏瓷的制備2023/2/3ZnO陶瓷及應用12ZnO壓敏陶瓷通常是在ZnO中加入Bi、Mn、Co、Ba、Pb、Sb、Cr、Si等金屬氧化物，按典型粉末工藝制造，燒結后進行涂Ag等工序。主要的制備方法為摻雜。摻雜可用機械混合的方法，也可用化學方法。同時摻雜制ZnO半導體還可以制造有關熱電材料的半導體。ZnO壓敏電阻的主要電參數2023/2/3ZnO陶瓷及應用13ZnO壓敏電阻的主要電參數2023/2/3ZnO陶瓷及應用14非線性系數圖中在大于Jb的某一電流范圍內，J和E的對數之間近似于直線關系。用方程lgJ=αlgE-A表示，另A=αlgC，這J=（E/C）α（J為電流密度，E為電場強度，C為常數）α為直線的斜率，α越大，直線越陡，電阻的非線性特性越強，因此將α成為“非線性系數”。ZnO壓敏電阻器I-V曲線ZnO壓敏電阻的主要電參數2023/2/3ZnO陶瓷及應用15一般來說在一定幾何形狀下，電流在1mA附近的α的值最大，因此常取與1mA電流對應的電壓為“壓敏電壓”，記為V1mA。此外，非線性系數還和溫度有關。（77K相較298K的峰值升高且提前。）α值與電流的關系ZnO壓敏電阻的主要電參數2023/2/3ZnO陶瓷及應用16C值（對照與電阻）定義：當變阻器上流過1mA/cm2電流時，在每毫米上的電壓降為該壓敏電阻的C值在α一定時，C越大，一定電流下所對應的電壓值越高，因此常稱為“非線性電阻”又因為它取決于材料的成分。結構和制造工藝，所以又常稱為“材料常數”ZnO壓敏電阻的主要電參數2023/2/3ZnO陶瓷及應用17漏電流壓敏電阻正常工作時流過的電流叫“漏電流”，與與電壓和溫度有關。要使壓敏電阻器正?？煽康毓ぷ鳎╇婋娏鞅仨毐M可能小。一般來說可控制在50微安到100微安之間。在選擇壓敏電阻的工作電壓時，必須根據允許的漏電流值。ZnO壓敏電阻的主要電參數2023/2/3ZnO陶瓷及應用18電壓溫度系數定義：在規(guī)定溫度范圍內，溫度每變化一度，零功率條件下測得的壓敏電壓的相對變化率叫壓敏電壓的溫度系數。用來描述壓敏電阻隨著溫度的上升，壓敏電壓下降的變化關系。ZnO壓敏電阻的主要電參數2023/2/3ZnO陶瓷及應用19流通容量（或稱流通能力或通流量）。壓敏電阻經過持續(xù)交、直流負載和高浪涌電流（浪涌電流指電源接通瞬間，流入電源設備的峰值電流。由于輸入濾波電容迅速充電，所以該峰值電流遠遠大于穩(wěn)態(tài)輸入電流）的沖擊后，I-V特性會發(fā)生蛻變現象。這種蛻變，也稱壓敏電阻的老化。對于實際應用來說這種老化是不允許的。因此必須對經高浪涌電流沖擊后的V1mA下降有所限制，并把下降多少作為衡量壓敏電阻承受高浪涌電流沖擊能力的尺度。把滿足V1mA下降要求的壓敏電阻所能承受的某一波形的最大沖擊電流叫做壓敏電阻器的“通流容量”。通流容量一方面給取決于沖擊電流的峰值，一方面取決于沖擊電流的持續(xù)時間，即取決于消耗的能量。ZnO壓敏電阻的主要電參數2023/2/3ZnO陶瓷及應用20ZnO和SiC兩種變阻器的特性比較。ZnO和SiC變阻器的特性壓敏變阻器的應用2023/2/3ZnO陶瓷及應用21壓敏變阻器廣泛地用作過壓保護，高能流涌吸收，高壓穩(wěn)壓等方面。舉例1、過壓保護正常工作時，壓敏電阻兩端電壓較小，壓敏電阻阻值較大，所產生的漏流很小。壓敏電阻異常情況發(fā)生時2023/2/3ZnO陶瓷及應用22舉例2、穩(wěn)壓方面由于壓敏變阻器有高的非線性I-V特性，所以負載兩端電壓的少許變化就會使流經壓敏變阻器的電流Iv產生很大的變化，從而使電壓增量幾乎全在R0，上的壓降所補償。（猜測：穩(wěn)壓應用的應該始終處于擊穿狀態(tài)）壓敏變阻器穩(wěn)壓線路原理圖壓敏變阻器的應用2023/2/3ZnO陶瓷及應用23ZnO前景展望ZnO前景展望2023/2/3ZnO陶瓷及應用24在一篇研究生論文中發(fā)現這個例子ZnO前景展望2023/2/3ZnO陶瓷及應用25最近發(fā)展了以某些過渡族元素氧化物和稀土氧化物為主要添加劑的氧化鋅壓敏電阻器。表現出能量吸收容量大，在大電流時的非線性好，響應時間快，壽命長擊穿電壓大于200V/mm等特性。適用于做高壓電站的浪涌放電器。可見氧化鋅壓敏陶瓷的應用還是十分廣闊的ZnO熱電材料2023/2/3ZnO陶瓷及應用26應用背景能源短缺與生態(tài)、環(huán)護問題越來越深刻影響著人類的生活與發(fā)展推動了熱電材料的研究。2023/2/3ZnO陶瓷及應用2721世紀的世界，人口增多成為社會一大主要問題，加之石油等礦物燃料供應減少，全球石油等資源的需求量增多同石油資源的供給之間的矛盾日益突出。熱電效應，涉及熱能和電能之間轉換，并提供方法用于加熱和冷卻材料，有望在滿足能源的未來挑戰(zhàn)中發(fā)揮著越來越重的作用。所以研究熱電轉換相關的材料具有重要意義應用背景2023/2/3ZnO陶瓷及應用28應用背景能源短缺與生態(tài)、環(huán)護問題越來越深刻影響著人類的生活與發(fā)展推動了熱電材料的研究。應用背景2023/2/3ZnO陶瓷及應用29下圖為加侖汽油在汽車上的應用分布：33%的能來用于汽車驅動，33%以廢熱的形式浪費掉。假設有熱電材料的熱電優(yōu)值ZT達到2左右，則其轉化效率約為30%左右。即約等于該1加侖（3.785/4.546L）汽油的10%能量又被重新利用。2023/2/3ZnO陶瓷及應用30上海超算中心系統設備用電參數超算計算機系統的60%以熱能損耗制冷系統占供電系統的用能為37%整個超算中心80%的能耗以熱能損耗?。犭姴牧铣蔀榛厥盏推焚|熱能的最佳材料1.什么是熱電材料熱電材料（也稱溫差電材料，thermoelectricmaterials）是一種利用固體內部載流子運動，實現熱能和電能直接相互轉換的功能材料?！钍裁词菬犭娦?/p>

熱電效應是電流引起的可逆熱效應和溫差引起的電效應的總稱，包括Seebeck效應、Peltier效應和Thomson效應。2023/2/331ZnO陶瓷及應用熱電材料2023/2/332Seebeck效應HeatSourceHeatSinkIPNActiveCoolingHeatRejectionIPN(a)PowerGenerationMode(b)CoolingModePeltier效應CroninBV.Semiconductorsarecool.Nature.2001,413:577~578熱電發(fā)電熱電制冷ZnO陶瓷及應用熱電器件的工作原理2023/2/3ZnO陶瓷及應用33熱電制冷熱電發(fā)電電子器件散熱以及電子器件低品質熱量利用的幾乎沒有，這方面的學術研究很少。熱電材料主要應用2023/2/334材料熱電性能賽貝克系數電導率熱導率優(yōu)異熱電性能：Seebeck系數大電導率高熱導率低ZnO陶瓷及應用熱電性能評價HeatSourceー＋P-typeelementN-typeelementCeramic

plateHeatSink熱電器件實物圖2023/2/335熱電材料優(yōu)點無運動部件、無噪聲易于控制、可靠性高容易微型化壽命長、無污染ZnO陶瓷及應用熱電材料優(yōu)點如何提高ZT值2023/2/3ZnO陶瓷及應用36ZT=S2σT/κ目前，通過相關文獻的查閱：

ZT值由量子限制效應得到顯著提升（Bi2Te3超晶格量子限制）；

多層的Bi2Te3/Sb2Te3和AgPbSbTe納米結構合金都表現出了非凡的性能，ZT值超過了1.5(650K)。

在改進ZT的道路上，有人認為可以通過引入納米級的成分，使其帶來量子限制效果，以提高功率因數S2σ；有人認為可以在納米結構內部設計較多界面以用來使熱導率比電導率減小得更快，從而達到提高ZT值的效果；它們的不同在于各自的散射長度2023/2/337隨著載流子濃度增加，

σ和κ均增加，α卻減小目標：合適的載流子濃度，盡量提高電導率，同時抑制熱導率的增長熱電優(yōu)值α：seebeck系數σ：電導率（與載流子濃度和遷移率有關）κ：熱導率（包括聲子熱導和電子熱導）ZnO陶瓷及應用熱電材料研究過程中瓶頸σ=neμ

μ=eτ/m*k=ke+kL

摻雜：改變費米能級的位置，優(yōu)化電輸運性能；點缺陷（原子質量波動），增強聲子散射低維材料：量子限域效應（超晶格等）晶界散射：引入納米結構(納米線生長)增強聲子散射，降低晶格熱導率2023/2/338允許準獨立的改變S,σ,κZnO陶瓷及應用改善熱電性能的途徑傳統3D材料與低維材料中的熱電參數2023/2/3ZnO陶瓷及應用39

S，σ和κ的大小在傳統的3維晶體的系統中是以相互關聯的方式存在的，以至于很難獨立控制這些變量來使ZT值增加，這是因為在通常情況下，增加S將導致σ的下降，而σ的降低將減少電子對κ的貢獻。然而，如果材料的維度發(fā)生降低，長度尺度將作為新變量可用于對材料性能的控制；然后，隨著系統尺寸減小并接近納米尺度時，使得電子態(tài)密度的產生巨大差異，當長度尺度小到足以引起量子限制效應時，允許準獨立地改變S，σ和κ。此外，隨著維數從三維結晶固體降低到2維（量子阱）、1維（量子線），最后到0維（量子點），將伴隨著新的物理現象的出現，這些現象也可能創(chuàng)造新的獨立改變S，σ，κ的機會。此外，引入大量的界面，這比電子更有效地散射光子，或在界面濾除低于能壘的低能量電子，這些使得納米結構材料的發(fā)展伴隨著ZT值的增加，使之適應于熱電的應用開發(fā)。低維化的熱電材料系統和先進的大容量熱電材料,已經成為熱電材料研發(fā)的兩個方向。2023/2/340將熱電材料應用于電子產品高熱電優(yōu)值透明化低維化Low-costNon-toxicStable(>2000oC)TransparentZnOthinfilm

Largedirectwidebandgap(3.37eV)Largeexcitonbindingenergy(60meV)PropertiesFeaturesZnO陶瓷及應用選用Al摻雜ZnO做熱電材料2023/2/341降低Al摻雜含量，控制在2%-9%左右。確保薄膜載流子濃度和透明度。使用掩膜法、強磁場來控制納米線的生長。使其能形成同向柱狀型。達到提升導電率而降低導熱率，達到高ZT值。目標Picture（a）From“ZnOnanowiresmodifiedwithAunanoparticlesfornonenzymaticamperometricsensingofglucose”ZnO陶瓷及應用制備垂直于基面生長的ZnO納米線2023/2/342PrepareZn-Alsinglelayer,Au/Zn&Au/Zn-Albilayerfilms（制備工藝）

Fig.Schematicandequipmentofthermalevaporationquartz0.5mmAulayer10nmZnlayer400nmSubstratetemperature:RTPressure:2.2×10-4PaPurity:Zn,99.99%;Al,99.99%;Au:99.999%Source:Zn350oC;Au,Al:1215oC,1390oC/Zn350oC;Au,1350oC,Al:1030oCquartz0.5mmAulayer10nmZn-Allayer400nmquartz0.5mmZn-Allayer400nmZnO陶瓷及應用制備原料與工藝2023/2/3ZnO陶瓷及應用43Zn和Al均采用粒徑約為3mm以及純度為99.99%的顆粒，Au的純度為99.999%.薄膜制備工藝采用分子束氣相沉積裝置真空蒸鍍Au、Zn和Al，工作真空度為2.2×10-4Pa。在完成鍍膜任務之后，在GSL-1500X進行600攝氏度1.5h的保溫熱處理。2023/2/3ZnO陶瓷及應用44StructuresPropertiesCrystalstructureMorphologyCompositionInterfacestructureOpticalRigakudmax2400XRDZeisssupra35SEM,NanosurfnaioAFMOxfordincaEDXHighresolutiontransmissionelectronmicroscopy(HRTEM,JEOLJEM2100)

Perkinelmerlambda750SUv-visspectrophotometerRelationThermoelectric

properties

JapaneseVacuumPolytechnicCompany’sZEM-3

Analysismethods

TheresultsofSEMimages2023/2/3ZnO陶瓷及應用45(b)(a)(c)2μm2μm2μmSEMimagesofthedopedZnOfilmsafteroxidizingfor90minat600oCfromdifferent

initialconstituentsof(a)Au/Znbilayer,(b)Zn-Alsinglelayer,and(c)Au/Zn-Albilayer.TheresultsofSEMimages2023/2/3ZnO陶瓷及應用46Fig.(a)appearsthatthemorphologyisformedbydendriticnano-columns,whichisperpendiculartothesubstrate.ThismaybecauseofthecatalysisofAuontheZnOgrowth.Thediametersofthecolumnsareabout285.00nmanddistributeuniformly.ThecolumnofsurfacechangestonanoparticleforthedopedZnOoxidizedfromtheZn-AlandAu/Zn-Alfilms.Theparticlesize(106.58nm)oxidizedfromtheAu/Zn-Alfilmismuchsmallerthanthat(228.40nm)oxidizedfromtheZn-Alfilm.ThedifferenceinthesurfacemorphologiesofthefilmsoxidizedfromtheAu/ZnandAu/Zn-AlfilmsindicatesthatnotonlyAubutalsoAlplaysakeyroleintheoxidationgrowth.Alinhibitsthegrowthofnano-columnandAuresultsinasmallerparticlesize.Thus,thesurfacemorphologiesofthefilmscanbecontrolledbydopingAlandAu.TheresultsofXRD2023/2/3ZnO陶瓷及應用47ThepeaksofthedopedZnOfilmoxidizedfromtheAu/Znbilayerareveryweakbecausethecolumnstructureisperpendiculartosubstrate.ForthedopedZnOfilmoxidizedfromtheZn-Alsinglelayer,thepeaksexhibitthecharactersofnotonlysuitedforZnObutalsootherphasesassociatedwithAl,ZnandO.TheotherphasesarerelatedtoAl2O3andZnAl2O4.ThismeansthatexcessiveAlhasbeenoxidizedtoaluminiumoxide,whichisthedopantthatchangesthemicrostructureofthedopedZnOfilms.ComparedtotheXRDdataoxidizedfromtheAu/Zn-AlandZn-Alfilms,theamountofdiffractionpeaksdecreasedunderthecatalysisofAu.Inaddition,thepositionoftheAl2O3(101)peakisdifferent.WithoutthecatalysisofAu,thepositionsofthediffractionpeaksshifttosmallangle.ThisisbecausemoreAl3+wassubstitutedbyZn2+inthelattice,andtheradiusofZn2+(0.060nm)islargerthanAl3+radius(0.036nm).Latticedistortionandinternalstressmakethediffractionpeaksshifttoasmallangle.XRDimagesofthedopedZnOfilmsTheresultsofTransmittance2023/2/3ZnO陶瓷及應用48FortheZnOfilmoxidizedfromtheAu/Znfilm,thetransmittanceincreasedwiththewavelengthoflightandwasmorethan70%fortheinfraredlight(1700-2000nm).FortheZnOfilmsoxidizedfromtheZn-AlandAu/Zn-Alfilms,thetransmittanceisabout22%,becausethatthetransmittanceisstronglyrelatedtothesurfacestructure,vacancyandAlcontentinthefilm.ThetransmittanceoftheZnOfilmoxidizedfromtheAu/Znbilayerismuchhigherthanthatofotherfilms.ThisisbecausethecolumnoftheAu/Zncaseisperpendiculartosubstrateandisolatedfromeachother.FortheAldopedcase,theyformednon-transparentaluminumoxideinthefilms.SincetheZnOfilmwithasmallparticlesizehasmoregrainboundariestoimprovethetransmittance.Asaresult,thetransmittanceoftheZn-AlcaseisslightlyhigherthanthatoftheAu/Zn-Alcase.TransmittanceofthedopedZnOfilms

Thermoelectricproperties

2023/2/3ZnO陶瓷及應用49V-Icurvesmeasuredwith(a)andwithout(b)silver

conductiveadhesiveofthedopedZnOfilmsHeatingfurnaceUpperblockLowerblock

ThermocoupleThinfilmCurrentelectrodeSilverconductiveadhesive

Conductiveadhesive

Quartzholder

Schematicdiagramofmeasuringthethermoelectricparameters.

Thermoelectricproperties

2023/2/3ZnO陶瓷及應用50Electricalresistivityρ(a),SeebeckcoefficientS(b),andpowerfactor(c)ofthedopedZnOfilmsafteroxidizingfor90

minat600oCfromdifferentinitialconstituentsoftheAu/Zn,Zn-Al,andAu/Zn-Alfilms.TheresultsofTEM2023/2/3ZnO陶瓷及應用515nm5nm(a)(b)HRTEMimagesoftheZnOfilmsoxidizedfromtheZn-Alfilm(a)andtheAu/Zn-Alfilm(b).TheresultsofTEM2023/2/3ZnO陶瓷及應用52(a)(b)300nm300nmAl(c)(d)ZnO300nm300nmTEMimage(a)andthecorrespondingsurfacecomponentmappingofAluminium(b),

Zinc(c)andoxygen(d)oftheZnOfilmoxidizedfromtheAu/Zn-Alfilm.Conclusions2023/2/3ZnO陶瓷及應用53TheeffectofAl2O3andAudopantsonthestructureandthermoelectricpropertiesofthedopedZnOfilmsfabricatedbyoxidationtheAu/Znbilayer,Zn-AlsinglelayerandAu/Zn-Albilayerwasstudied.SEM,XRD,UV-vis,ZEM-3resultsshowedthatbothgrowthmodelanddopantshaveagreateffectonthestructure,particlesize,transmittanceandthermoelectricpropertiesofthedopedZnOfilms.ThemorphologyoftheZnOfilmoxidizedfromtheAu/Znbilayerwasformedbythedendriticnano-columnwhichwasperpendiculartosubstrateduetotheAucatalysisandwastransformedtonanoparticlewithdopingAl.However,dopingexcessiveconcentrationofAldecreasedthetransmittanceofthefilms.TheAudopantdecreasedtheparticlesizeandinhibitedthegrowthofAl2O3.ThemutuallyindependentcolumnandwithoutdopantAl2O3resultedinalargeresistivityoftheZnOfilmoxidizedfromtheAu/Znfilm.WhiletheAl2O3dopantimprovedtheconductivityoftheZnOfilmsoxidizedfromtheAu/Zn-AlandZn-Alfilms,andthevaluesofresistivitywereinrangeofthesemiconductor.ThevaluesoftheSeebeckcoefficientbasicallyascendedinmagnitudewithincreasingtemperaturesmallpseudogap.ThelargestpowerfactoroftheZnOfilmoxidizedfromtheZn-Alsinglelayerwas3.995×10-5W/(m?K2)at240oC.Therefore,thestudyprovidesamethodtomodifythestructureandelectricalpropertiesofdopedZnOfilms.強磁場應用的原理2023/2/3ZnO陶瓷及應用54在上述實驗驗證Au的催化作用之后，添加強磁場作用于熱處理另外,強磁場是一種極端的高能物理場,具有的磁化作用和磁力效果可以無接觸地作用于原子尺度,強磁場已經成為發(fā)現新現象、產生新結構和揭示物理現象本質的必備手段。

Zn系膜c軸的磁化能低,在強磁場作用下,磁化能低的

c軸會沿磁場方向擇優(yōu)生長,并且強磁場會細化Zn

薄膜的晶粒,改變薄膜的表面形貌.此外，單晶的氧化鋅的電子遷移率大約是200cm2V-1s-1，而非取向的多晶鋁摻雜ZnO塊是40-50cm2V-1s-1。因此，應用HMF在ZnO薄膜的熱氧化生長期間，加之Au有催化ZnO納米線的作用。這提供了一種生長具有不同的內部接口的摻雜ZnO膜和改變熱電性能的可能性。2023/2/3ZnO陶瓷及應用55Zn和Al均采用粒徑約為3mm以及純度為99.99%的顆粒，Au的純度為99.999%.薄膜制備工藝采用分子束氣相沉積裝置真空蒸鍍Au、Zn和Al，工作真空度為2.2×10-4Pa。在完成鍍膜任務之后，這一次是Au/Zn0T；Au/Zn12T；

Au/Zn-Al0T；Au/Zn-Al12T四種薄膜。薄膜在有超導磁體的（JMTD-12T-100）熱處理爐中，大氣條件下，從室溫下以5oC/min的加熱速率加熱到420oC氧化3小時;然后將樣品在爐中冷卻至室溫。在過程中磁場的方向是向上的，并垂直于基片。制備原料與工藝TheresultsofSEMimages2023/2/3ZnO陶瓷及應用561μm(a)(c)(d)2μmBlackGrayishwhite2μm2μm2μm(b)Isolatedislands(f)PointA(e)A

SEMimagesoftheAu-andAl-dopedZnOfilmsafteroxidationfor3hat420oCwithandwithoutanapplicationofhighmagneticfield.(a)Au/Zn0T;(b)Au/Zn12T;(c)Au/Zn-Al0T;(d)Au/Zn-Al12T;(e)Enlargedschematicpictureoftheregioninfigure1(b);(f)EnergydispersiveX-rayspectrometer(EDS)spectrogramsoffigure1(e).TheresultsofXRD2023/2/3ZnO陶瓷及應用57ThepeaksoftheAu/Zn0Tfilmareveryweak.Thatthecolumncan’tberecognizedisbecausetheparticlesaretoosmallandthecrystallizationistooweak.FortheAu/Zn12Tfilm,thepeaksexhibitthecharactersofsuitingfornotonlyZnObutalsootherphaseassociatedwithAu.ThatindicatesthatAudidnotcompletelyenterintotheinsideoftheZnOcrystallattice.TheAu/Zn12Tfilmshasthestrongest(002)peakwhilean(101)diffractionpeakwasalsoobservedintheXRDprofiles.Theresultsindicatethatthesefilmshavepreferredc-axisorientation.ForthedopedZnOoxidizedfromtheAu/Zn-Albilayer,thediffractiontraceofthe(002)planewasweakened,whilethatofthe(101)and(100)planewasenhanced.Thec-axispreferredorientationofthefilmsbecomesindistinctbythehighconcentrationofAlduetothedegradationofthefilmcrystallinity.Meanwhile,therearenodiffractionpeaksfromotherphase.ThisindicatesthattheZnelementwasalloxidizedtoZnO.WiththeadditionoftheAlelement,anewdiffractionpeakwasobservedintheXRDprofileat42.5°,whichcorrespondstothe(006)planeofAl2O3.Theintensityofthe(006)planewasmuchlargerundertheapplicationofHMF.XRDimagesoftheAu-andAl-dopedZnOfilmsTheopticaltransmittancesofthedopedZnOfilms2023/2/3ZnO陶瓷及應用58FortheAu/Znfilms,thetransmittanceincreasedwiththewavelengthoflightandwasover67%intheinfraredrangeof750-2000nm.FortheAu/Zn-Alfilm,thetransmittancealsoincreasedwiththewavelengthoflight.Transmittanceofthe0Tand12Tfilmswasrespectivelyabout60%and50%fortheinfraredlight,respectively.TheresultsshowthatthetransmittanceofthefilmsunderHMFconditionislowerthanthatwithoutHMF.Thetransmittanceisstronglyrelatedtothemorphologyanddopantofthefilms.Wethinkitist