新材料的制备与

新材料的制备与分析磁性掺杂对有机/无机钙钛矿类材料电磁特性的影响磁性掺杂对有机/无机钙钛矿类材料电磁特性的影响1、研究背景、创新点及方法2、样品合成步骤3、获得的成果及结论4、样品的磁性分析一、研究背景介绍钙钛矿太阳能电池被期刊Science评为2013年度国际十大

科技进展之一，目前是国际上热门的研究课题。

(CH3NH3)2PbI4是一类具有层状类钙钛矿结构的二维有机/

无机杂合物材料，其中有机和无机组元的变化会对杂合物的结构产生影响，进而影响分子内部能带结构等的变化，对材料的热、光及电学性能等产生影响，而产生独特的光电性能。通过离子掺杂可以进一步对该类材料的性能进行增强或改进，例如用磁性离子替代部分铅离子，有可能在原有光电特性的基础上增加磁特性，从而使该类材料具有更广泛的应用价值。一、本项目的创新点1.蒸发溶剂结晶法经济实用，对设备要求低，符合大学生进行科学研究，容易进行。2.在研究该类有机/无机钙钛矿类材料的物理特性方面，首次通过磁性离子（Mn离子）掺入，使得(CH3NH3)2PbI4材料在原有光电特性的基础上增加磁特性。3.研究分析磁性掺杂后材料的磁特性基质和电性机制，对拓展(CH3NH3)2PbI4材料在电磁特性应用方面具有极大的价值。样品制备：用蒸发溶剂结晶法制备出纯度高的单相(CH3NH3)2PbX4样品。优化实验条件，制备出一系列Pb位用磁性金属元素Mn离子替代的样品。样品研究：利用扫描/透射电子显微镜、X射线衍射仪、PPMS系统等仪器，对制备的晶体结构、微观结构及成分、磁性、电输运等性质进行测量，研究磁性离子替代对(CH3NH3)2PbX4结构、磁电阻效应的影响。结果分析与对比：将获得的研究结果与现有文献已报道的结果进行比较、分析，揭示Mn掺杂对此类有机/无机钙钛矿材料磁性及电性的影响规律和其关键因素。研究方法一、研究方法二、样品合成步骤主要材料：光伏有机/无机钙钛矿材料，基本分子式(CH3NH3)2PbI4二、样品合成步骤（1）将等摩尔量的（CH3NH2）甲胺醇溶液和氢碘酸（HI）混合，加热蒸干制备成CH3NH3I白色晶体粉末。（2）按不同摩尔比例称取CH3NH3I（白色）、PbI2（黄色）、MnCl2（粉红色）粉末放入研钵中。二、样品合成步骤（3）将混合粉末在研钵中充分研磨，在研磨过程中，粉末发生反应变黑。（4）研磨至粉末完全变成黑色，继续研磨2h使得原料粉末充分反应。二、样品合成步骤（5）将黑色粉末移至表面皿中，加入少量丁内酯，将黑色粉末溶解，生成黄色的透明溶液。二、样品合成步骤6）将盛有黄色溶液的表面皿放入真空（或惰性气体保护）干燥箱中蒸干，得到黑色晶体粉末。图3.(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4样品实物图二甲胺铅四卤三、CH3NH3I的室温X射线衍射图图2.CH3NH3I的室温X射线衍射图

1）CH3NH3I样品的XRD衍射峰与文献记载中的纯净样品衍射峰符合，说明样品的制备是成功的。三、(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4（x=0，0.2，0.5）的室温X射线衍射图图3.(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4（x=0，0.2，0.5）的室温X射线衍射图1）(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4（x=0，0.2，0.5）三个样品的XRD衍射峰中，与母相X=0的XRD衍射峰相吻合，没有杂峰出现，说明样品纯净，样品制备成功。2）随着Mn2+的增加，样品衍射峰的位置向小角度方向有规律移动，Mn2+替代成功。三、(CH3NH3)2PbI4样品的表面形貌图

图4.(CH3NH3)2PbI4样品的表面形貌1）样品的表面能看到呈块状的部分比较致密，而且呈现出了许多的疏松颗粒状。2）样品的平均晶粒尺寸较大。3）样品成像相对均匀，样品的结晶性能良好，图上没有出现异常区域。四、(CH3NH3)2PbI4样品的M-H曲线

(CH3NH3)2PbI4样品300K的M-H曲线

(CH3NH3)2PbI4样品5K的M-H曲线1）在固定样品所用铜管的作用下，(CH3NH3)2PbI4样品在300K和5K下，均表现抗磁性，抗磁性比较弱。2）在低温5K的情况下，样品在高场下仍表现抗磁性，但在低场下表现出极度微弱的铁磁性现象。这可能说明样品中存在极少量的铁磁性相，有可能是样品本身的性质。四、(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4（x=0.2，0.5）样品的M-H曲线

(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4（x=0.2，0.5）样品300K的M-H曲线

(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4（x=0.2，0.5）样品5K的M-H曲线

(CH3NH3)2Pb0.5Mn0.5I3Cl样品5K的M-H放大曲线1）在掺杂Mn元素之后，样品的磁性明显增强，表现出了极弱的铁磁性，随着Mn含量的增加，样品的磁性也随之增强。2）样片的矫顽力大约为50Oe，并且有明显的交换偏置现象，说明在掺杂Mn离子后，样品中存在铁磁性相和反铁磁性相的共存的现象。四、(CH3NH3)2Pb1-xMnxI4（x=0.2，0.5）样品样品的M-T曲线(CH3NH3)2Pb0.8Mn0.2I3.6Cl0.4样品的M-T曲线

(CH3NH3)2Pb0.5Mn0.5I3Cl样品的M-T曲线样品的M-T曲线，两个样品的FC和ZFC曲线均在低温下有了分歧，x=0.2样品的分歧点大约在50K，而x=0.5样品的分歧点大约在170K，分歧程度也明显大于x=0.2样品。参考文献【1】史昆玉，刘韩星.（C8H17NH3）2PbI4薄膜的制备和发光特性研究.2008.05【2】魏静，赵清，李恒，施成龙，田建军，曹国忠，余大鹏.钙钛矿太阳能电池：光伏领域的新希望