第31卷：第10期 2011年10月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
稀土离子掺杂纳米TiO的太赫兹光谱研究
Vol.31,No.10pp2624-2628
October,2011
冯修军，黄婉霞1，施奇武1，张玉波1，罗
轶'，张雅鑫
1.四川大学材料科学与工程学院，四川成都610064
2.电子科技大学物理电子学院太赫效研究中心，国川成都610054
摘要对sol-gel法制备的不同稀土元素（Ce，Nd，Sm)掺杂的纳米TiO;粒子进行研究。X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析结果表明，稀土离子均以间隙的形式均匀分布在纳米TiO晶格内。傅里叶变换红外光谱(FTIR)和太赫兹时域光谱(THz-TDS)显示，掺杂TiO：较纯TiO：具有更强的红外活性；在0.2～1.70THz波段，TiO,的折射率随着频率的增加而减小，并呈现反常色散现象；Ce掺杂引起新的特征吸收，分别为1.35和1.58THz，且造成太赫兹吸收谱的吸收边发生红移，Nd和Sm掺杂则造成吸收
边蓝移。在0.2~1.7THz范围内，Sm掺杂引起的介电损耗角正切值（tan&)最小，其平均值为0.05，关键调太赫效时城光谱技术；稀土掺条纳米TiO；吸收系数；介电损耗
中图分类号：0434.3
引言
文献标识码：A
DOI; 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2011)10-2624-05
DRS)来研究土掺杂纳米TiO:的谱学特性(*)，但其在远红外THz波段的光谱系统研究还未见报道。本文利用THz TDS技术对不同稀土元索（Ce，Nd，Sm)掺杂纳米TiO，进行
太赫兹(Terahertz，THz)波段是指频率从0.1～10THz（波长为30μm3mm)，介于毫米波与红外光之间的电磁波诺区域。前期由于缺乏有效的太赫兹产生方法和检测手段，太赫效波科学技术的发展受到极大的限制，其应用潜能术能发挥出来"。随着超快激光技术、化合物半导体技术和量子阱技术的发展为太赫慈脉冲的产生提供了可靠稳定的激发光源，太赫兹波段的各种技术得到了迅猛发展"]。由于大多数率导体纳米结构中的子带宽度，以及凝案体系中的声子、等离子激元等集体激发的特征能量与太赫效电磁辐射的光子能量大小相当")。因此，太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)已成为荧光光谱、拉受光谱和傅里叶红外光谱等技术的互补技术，应用于纳米半导体材料在太赫效波段的特性分析[4]
近年来，以TiO)：纳米材料为代表的半导体材料以其低成本、光稳定性、化学情性等特点面被用作光催化剂。但由于TiO的带断较宽，一定程度上限制了其光催化活性。稀土元素由于具有独特的未成对4电子结构，因而它们的原子和离子具有特殊的电磁性能，将其掺杂在TO中可引人新的活性位置提高光催化活性。同时，稀土离子掺杂能够改变TiO，的能级结构，从而引起其光电性质的重大改变[5.s]。目前多采用荧光光谱（PL)、紫外-可见漫反射谱（UV-Vis
收稿日期：2011-01-21，修订日期：2011-05-20
了时域光谱对比研究，得到了它们在0.2～1.70THz波段的吸收谱、介电特性和色散特性，为进一步研究不同稀土掺杂纳米TiO在该频率区间内的谱学特性提供借鉴。
实验部分 1
1样品制备 1.1
本实验采用sol-gel法制各稀土掺杂纳米TiO，具体过程按照文献[8]中的方法进行。所有样品与高密度聚乙烯(polythene)粉末均按照1：4的比例均匀混合，经充分研磨均匀后，通过0.63MN半自动压力成型机在150℃下预热 30min，以排出样品中的气泡，然后在15MPa的压力下压成圆盘形薄片。薄片尺寸为直径12mm，厚度约0.9mm。试片两平面保持平行，以减少测量时的多重反射。并按照同样
的方法制备相同尺寸的纯聚乙烯薄片作为参考片。 1.2样品的结构和性能表征
采用X射线衔射（X'Pert，荷兰Philips公司)分析样品晶体结构；采用X射线光电子能谱（Xsam800，英国Kratos 公司)研究掺杂稀土离子在TiO;晶格内的化学态；采用傅里叶变换红外光谱仪(Tensor27，德国Bruker公司)进行基团等
基金项目：国家白然科学基金项目(61072036)，国家"973"重大基础研究项目(2007CB310401)资助作者简介：冯修军，1985年生，四川大学材料科学与工程学院士研究生
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