创新训练项目申请书(edition2)剖析

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In 2Q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子邮件 744193865指导教师姓名 1 连建设 职称指导教师姓名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，表达明确严谨。空缺项要填“无”三、申

2、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究 原2n月 年 至 月11负责人名 姓院 学业 专号 学 教aa m E-级?|学 材学程怦程项目组成员词 新 黄级材学程怦程I琪 瑞 rKU级u料学 材学程怦

3、程宇 浩 杨级一201U”SJ 材学程怦程佳?|皿 材学程怦程指导教师1名 姓设 建 连院 学 程 工 IT 学 科 料 材 学 大 林 吉aa m EE诱坯情完皿2 八In:W杂眛 题掺拔dNMg,均究Y研 ,的 8性特 学 对谑 内及A指导教师2名 姓aa m E-诱坯情心宀九 计中 设地 小基 很实 创死 小室究 、验研研 明 实 性调 发放础会 小开fe社 口 口题m 立科 、干师 H 教 口程 工 IT 学 科 料 材填助 渠肿 也兄体 対劭具 受州或 乙、” 铝赣无无来源和经费，包括 获奖情况）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

4、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。In 2Q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（ Tran spare ntConductive Oxide ）玻璃有效收集电池的电流，同时TCO薄膜具有高透和

5、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In2Q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Fujishima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。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，国内外对于In2Q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

6、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，女口 4,5,6 Al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。7,8,9 Cu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So 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100PP m的甲醛气体。12,13 Mg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

7、的光电性能和磁学性能，因此具有潜在的应用前景。而对于19,20,21,22 “2Q来说，金属掺杂In2Q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In 2O薄膜的应用领域最广、工业产量最大， Nb掺杂 In2Q薄膜则是一种近年来新发现的 TCC薄膜。而对丫掺杂In 2Q的研究国内外很少。研究目的及意义：基于以上ln2Q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InzQ和ZnO的带隙改变和光电性能的改变进行研究。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In20和Zn

8、O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InzQ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：1 Fujishima.A.,H on da,K.,Electrochemicalphotolysis of water at asemic on ductor 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 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

9、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Al 3+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

10、 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现象研究物理学报第 55卷 第9期 2006 年9月 1000-3290/2006/

11、55(09)/4809-0713 张彭义.余 刚.蒋展鹏 半导体光催化剂及其改性技术进展环境科学进展 第5卷第3期1997年6月14 J.H.Zhe ngJL.So ng,Z.Zhao,Q .Jian g,J.S .L ia n Opti on al a nd magn etic properties of Nd-doped ZnO nan oparticles15 张立德，牟季美.纳米材料和纳米结构四.北京：科学出版社，200116 BAI Li-Na, LIAN Jia n-She, JIANG Qi ng Electro nic Properties of WurtziteStructu

12、re Zn 1-xMgO Alloys CHIN. PHYS. LETT. Vol. 28, No. 11 (2011) 117101117 BAI Li-Na, SUNHai-Mi ng, LIAN Jia n-She, JIANG Qi ng Tu nable UVAbsorpti on and Mobility of Yttrium-Doped ZnO by First-Pri nciples CHIN. PHYS. LETT. Vol. 29,No. 11 (2012) 11710118 唐 鑫,吕海峰,马春雨,赵纪军,张庆瑜Cd掺杂纤锌矿ZnO电子结构的第一性原理研究物理学报 第57

13、卷第2期2008年2月1000-3290/2008/57(02)/1066-0719 马 勇；，孔春阳ITO 薄膜的光学和电学性质及其应用重庆大学报(自然科学版),2002年08期20 陈猛，白雪冬，裴志亮，孙超，宫骏，黄荣芳，闻立时In 2Q:Sn (ITO)薄膜的光 学特性研究金属学报1999年09期21 王建恩,王运涛.王 军.张兵临，何金田，张艳兰 三氧化二锢基透明导电薄膜光、电特性的研究郑州大学22 韦 军,周菊英,李政林,林艳,古家虹三氧化二铟的制备及其光催化性能电子元件与材料第28卷 第4期2009.4二、项目研究内容(项目主要研究内容；拟解决的关键问题、重点和难点)1. 研究内

14、容ln2Q的掺杂： 在In 2Q掺入金属Sn,改变掺杂量即改变掺杂比例，从而改变其带隙的宽度和光学 性能。 在InzQ掺入金属丫，这是一种缺陷掺杂，丫原子没有取代晶格上的原子，而是进 入了晶格间隙中。这一方面目前还没有人深入研究。也是通过改变掺杂的比例改变其带隙 的宽度，从而改变其光学性能。ZnO的掺杂：在ZnO中掺入金属Mo改变掺杂量即改变掺杂比例，从而改变其带隙的宽度和光学 性能以及磁学性能。2. 关键问题、重点和难点： 在氧化物半导体中掺杂不同比例的金属，总结出能带变化的规律 利用第一性原理计算出理论上掺杂对半导体氧化物带隙的改变和其几何电子结构 和光学性能 利用Material Stu

15、dio 5.5 的CASTE组件对晶体几何结构进行模拟和计算，从理 论上观测掺杂后的氧化物半导体的能带结构、态密度和分波态密度、介电函数、吸收系数和能量损失谱及相关参数等进行计算 掺杂导致晶格畸变，对缺陷掺杂进行理论上的研究三、项目特色及创新点通过理论上的计算，利用第一性原理和 Material Studio 5.5 的CASTE组件，推算和 模拟出掺杂不同金属盒不同比例的金属对三氧化二铟和氧化锌的能带结构和光学性质的影 响。改变其带隙的宽度，使其光谱蓝移(blue shift)，减少三氧化二铟和氧化锌在可见光 范围内的吸收，提高其透明度和光学性能，制备高透明的半导体材料。从而研发出更加稳 定

16、、高效的光学半导体材料，制备性能更加优越的太阳能电池薄膜、平面显示器等光电子 元件，研发出更精密的光学元件。四、申请理由（1、团队条件一一自身/团队具备的知识、素质、能力、特长、兴趣；2、前 期准备基础等）1.团队条件：我们的团队共有5名成员，均来自2011级材料科学与工程专业，是生活中的好同学，研究中的好伙伴。我们5人本着对科技创新的浓厚兴趣，和探索新领域的热情参加了本次 创新实验计划。项目负责人王睿，男，材料科学与工程学院431106班本科生，材料科学与工程专业。本课题组组 长，从小对动手操作有浓厚兴趣，对科学研究十分热爱，喜爱钻研，敢于挑战难题。高中 时曾获两年全国高中数学联赛二等奖，富

17、有逻辑思维，为人认真严谨，思维缜密，踏实稳 重，大一基础知识优秀，积极参加各类社会实践活动。有出国打算，正在备考GRE对外文文献能达到一定程度的理解。在吉林大学电视台担任资讯吉大栏目组组长，学院担任团委 新闻部部副部，具有良好的组织能力和团队精神。曾获吉林大学新生奖学金，校一等奖学 金，单项奖学金，团结普瑞玛英才班奖学金。小组成员：杨浩宇，男，材料科学与工程学院431105班本科生，材料科学与工程专业。学习能力， 理解能力强，能够迅速了解并掌握新知识，并将新知识应用到实践中。能阅读一定的国外 文献。在学院担任社联管理部副部，展雅台球社社长，担任学生工作，注重团队合作，能 够妥善地处理与其他人之

18、间的关系。曾获吉林大学校一等奖学金，团结普瑞玛英才班奖学 金。于志佳，男，材料科学与工程学院431106班本科生，材料科学与工程专业。遇到问题 都会有奇特的想法，想象力丰富，做事认真细致，从不盲目执行任务，工图成绩优异，有 良好的空间想象能力，渴望了解前沿学术知识，领略高端技术的新老交替。在学院任阳光 爱心学校文案部副部，曾参与学生社会实践的评分工作，熟悉报纸与海报排版软件的基本操 作，获吉林大学校三等奖学金。姚瑞琪，女，材料科学与工程学院431105班本科生，材料科学与工程专业。组织能力 强，活动能力强，积极参加各项活动，观察力强，具有一定的创新思维，富有主持经验， 与人沟通能力强，善于与人

19、交往，具有一定感染力，具有团队意识，学习成绩优异，工作 能力强，现任院学生会秘书部副部，曾获吉林大学校三等奖学金，团结普瑞玛英才班奖学金黄新词，女，材料科学与工程学院431105班本科生，材料科学与工程专业。喜欢思考, 爱问问题，爱研究难题，不嫌麻烦，有耐性。乐于学习新知识，接受理解能力较强，爱积 累各方面的知识，留意平时生活中的各种知识。英语能力强，正在备考GRE为人和气友善, 擅长与他人沟通交流，合作互助，喜欢团体学习和工作。动手能力强，乐于实践。实验能 力强，擅长处理实验数据，并掌握一定技巧。获吉林大学校三等奖学金。2、前期准备基础：我们在前期研读了关于金属掺杂ZnO和In 2Q光学性质第一性原理的研究的相关论文， 对金属掺杂ZnO和ln2Q的性质有了简单的了解以及研究方向上