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系統識別號 U0002-0803201220491200
中文論文名稱 以X光吸收光譜研究Si與Bi摻雜對CaMnO3電子結構之影響
英文論文名稱 Effects of Si and Bi Dopings on the Electronic Structure of CaMnO3 Studied by X-ray Absorption Spectroscopy
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 物理學系碩士班
系所名稱(英) Department of Physics
學年度 100
學期 1
出版年 101
研究生中文姓名 廖凡偉
研究生英文姓名 Fan-Wei Liao
電子信箱 demonlister7269@gmail.com
學號 698210332
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-01-11
論文頁數 63頁
口試委員 指導教授-張經霖
委員-錢凡之
委員-劉嘉吉
中文關鍵字 X光吸收光譜 
英文關鍵字 XANES  CaMnO3 
學科別分類 學科別自然科學物理
中文摘要 此論文是利用X光吸收光譜研究以Si及Bi分別摻雜 Mn與Ca之CaMnO3熱電材料之電子結構。在Si摻雜Mn的系列(CaMn1-xSixO3)中,由Mn L2,3-edge光譜發現Si部分取代Mn後,造成Mn4+組態濃度增加,x= 0.02時Mn4+ : Mn3+相對濃度變大,降低了電阻率。由Ca L2,3-edge及Mn L2,3-edge發現,Ca 3d與Mn 3d的未佔據態均減少,由O K-edge發現,當Si摻雜量為0.02時Mn 3d-O 2p未佔據態增加,原因可能為因Si的取代,導致Mn – O混成程度增加,因為Si引進了多餘的正電荷,所以增加了導電層(MnO2層)電子濃度因而降低了電阻率。
在摻雜Bi取代Ca系列(Ca1-xBixMnO3)中,由Mn L2,3-edge發現摻雜Bi取代Ca後,隨摻雜量增加, Mn4+ : Mn3+相對濃度有序的變大,使電阻率亦隨摻雜量變多而有序降低。由Ca L2,3-edge及Mn L2,3-edge發現,Ca 3d與Mn 3d的未佔據態均減少,由O K-edge發現,當摻雜增加,Mn 3d-O 2p未佔據態均增加,其原因可能為用較小的Bi與取代了較大的Ca,兩元素之間半徑雖然具有9%的差異,但由於此取代是作用於上下兩個MnO2層之間,因此拉近了MnO2層之間的距離使Mn-O混成程度增高,增加了導電層(MnO2層)電子濃度因而降低了電阻率。 在兩個系統中, Mn的平均價數均為+3.78價。
英文摘要 We have performed x-ray absorption spectroscopy on two series of doped CaMnO3 in order to study the effect of electronic structure on the thermoelectric properties. In the CaMn1-xSixO3 series an electron transfer from Mn 4p to Mn 3d is observed, which enriches the charge carriers concentration in the MnO2 planes. We also found that the configuration concentration of Mn4+ is increasing. The increased carrierconcentration may be responsible for the increase conductivity in the Si-doped sample. In the Ca1-xBixMnO3 series a similar trend in the electronic structure due to the doping is observed. By comparing the effect of the doping dosage from 2% to 5%, we have determined that the variations of the electronic structure in these two series of samples are due to different mechanism. The average valence of Mn in the compounds CaMn1-xSixO3 and Ca1-xBixMnO3 are about 3.78 +.
論文目次 目錄
第一章 序論 ………………………………………………………… 1 第二章 樣品簡介 …………………………………………………… 3
2.1 CaMnO3的特性 …………………………………………… 3
2.2熱電性質相關理論簡介……………………………………… 8
2.3樣品製程……………………………………………………… 9
第三章 X光吸收光譜簡介 ……………………………………… 10
3.1 X光吸收光譜近邊緣結構(XANES) ……………………… 14
3.2延伸X光吸收光譜精細結構(EXAFS) ………………… 15
3.3數據分析 …………………………………………………… 17
第四章 實驗設備與量測方法 …………………………………… 23
4.1 X光光源 …………………………………………………… 23
4.2單色儀 ……………………………………………………… 25
4.3光譜測量方式 ……………………………………………… 25
4.4測量樣品的處理與準備 ……………………………………… 29
第五章 結果與討論 ……………………………………………… 30
第六章 結論 ……………………………………………………… 60
參考文獻 …………………………………………………………… 62
圖目錄
圖2.1斜方晶系鈣鈦礦之結構圖 ….……………………...………… 3
圖2.2 Mn3+電子組態圖….……………………...………………………4
圖2.3 CaMn1-ySiyO3+δ之電阻率與溫度關係圖……………………... 5圖2.4 CaMn1-ySiyO3+δ之熱電力與溫度關係圖……………………. . . 6
圖2.5 Ca1-xBixMnO3+δ之電阻率與溫度關係圖 ….…….…………… 6
圖2.6 Ca1-xBixMnO3+δ之熱電力與溫度關係圖 …………………… 7
圖3.1 物質吸收截面與能量之關係圖………………………………...12
圖3.2 XANES與EXAFS分界圖…………………………………... ...13
圖3.3 光電子平均自由路徑與能量關係圖…………………………...14
圖3.4 單一散射與多重散射之圖示…………………………...............15 圖3.5 出射電子受鄰近原子的背向散射,而產生干涉現象…….........16 圖3.6 X光吸收光譜之數據分析流程…………………………............17
圖3.7 選擇能量底限E0值的不同方法……………………..................19
圖4.1 X光吸收光譜實驗示意圖………………………………………24
圖4.2 穿透式………………………………………………..…….........26 圖4.3 X光通過物質之強度衰減……………………………................26 圖4.4 螢光式………………………..…………………………….........28圖4.5 電子逸出式…………………………………………………….28
圖 4.6 光子吸收過程………………...………………………………..28
圖5.1 CaMn1-xSixO3+δ,Ca L2,3-edge吸收光譜 .............................. 35圖5.2 CaMn1-xSixO3+δ,Mn K-edge近邊吸收光譜圖 ................ ... ... 36 圖5.3 CaMn1-xSixO3+δ,Mn K-edge近邊吸收光譜一次微分圖..... ...37圖5.4 CaMn1-xSixO3+δ,光譜相疊之Mn K-edge近邊吸收光譜圖.......38圖5.5 內插法所得Mn平均價數.............................................. ..... .... 39 圖5.6 CaMn1-xSixO3+δ,Mn L2,3-edge 吸收光譜.................. ......... 40圖5.7 CaMn1-xSixO3+δ,扣除背景後Mn L3-edge 吸收光譜............. 41圖5.8 CaMn1-xSixO3+δ ,扣除arctangent後 normalize於Mn4+之Mn L3-edge吸收光譜... .............................................. ..... .... ................ ....42
圖5.9 CaMn1-xSixO3+δ,Mn L3-edge積分值...... ... ... ... ... ... ... ... ... 43圖5.10 CaMn1-xSixO3+δ,O K-edge近邊吸收光譜圖...........................44圖5.11 CaMn1-xSixO3+δ之電阻率與溫度關係圖..................... .......... 45圖5.12 Ca1-xBixMnO3+ δ, Ca L2,3-edge 吸收光譜................................50圖5.13 Ca1-xBixMnO3+ δ, Mn K-edge近邊吸收光譜圖................ .. ..51圖5.14 Ca1-xBixMnO3+ δ, Mn K-edge近邊吸收光譜一次微分圖.......52圖5.15 Ca1-xBixMnO3+ δ, 光譜相疊之Mn K-edge近邊吸收光譜圖...53
圖5.16 Ca1-xBixMnO3+ δ, Mn L2,3-edge 吸收光譜................ ...... .... 54
圖5.17 Ca1-xBixMnO3+ δ,扣除背景後Mn L3-edge 吸收光譜..... .. ....55
圖5.18 Ca1-xBixMnO3+ δ,扣除arctangent後 normalize於Mn4+ Mn L3-edge吸收光譜..... ... .................................. .................................. ... 56
圖5.19 Ca1-xBixMnO3+ δ,Mn L3-edge積分值..... .......................... ... 57圖5.20 Ca1-xBixMnO3+ δ,O K-edge近邊吸收光譜圖........................58圖5.21 Ca1-xBixMnO3+δ之電阻率與溫度關係圖............... ............ ... 59
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