首页 > 行业资讯 > 【科技】今日Nature Materials单晶T-Nb2O5薄膜实现快速锂离子迁移和绝缘体-金属转变

【科技】今日Nature Materials单晶T-Nb2O5薄膜实现快速锂离子迁移和绝缘体-金属转变

时间：2023-07-28 来源： 浏览：

【科技】今日Nature Materials单晶T-Nb2O5薄膜实现快速锂离子迁移和绝缘体-金属转变

储能科学与技术
储能科学与技术

esst2012

中文核心、科技核心和cscd核心期刊，化学工业出版社和中国化工学会主办，主编黄学杰研究员。投稿及下载官网：http://esst.cip.com.cn/CN/2095-4239/home.shtml；欢迎给公众号投稿

收录于合集
第一作者：Hyeon Han, Quentin Jacquet, Zhen Jiang.
通讯作者：Hyeon Han, Andrew M. Rappe, Clare P. Grey & Stuart S. P. Parkin
通讯单位：德国马克斯·普朗克微结构物理研究所，英国剑桥大学，美国宾夕法尼亚大学
【研究亮点】
氧化铌T-Nb 2 O 5 在快速充电电池和电化学电容器中的应用已被广泛研究。其晶体结构具有空间位阻极低的二维层，可实现锂离子的快速迁移。然而，自1941年被发现以来，T-Nb 2 O 5 单晶薄膜的生长及其电子应用尚未实现，可能是由于其较大的斜方晶胞以及许多多晶型物的存在。 本文实现了单晶T-Nb 2 O 5 薄膜的外延生长，尤其是发现离子传输通道垂直于薄膜表面，这些垂直的2D通道能够实现快速的锂离子迁移以及产生巨大的绝缘体-金属转变。
【主要内容】
通过电压偏置控制材料的电子特性构成了许多电子应用的基石。该领域的最新趋势是利用氧化物的离子液体门控，实现绝缘体到金属转变的电场控制。将Li + 离子嵌入氧化物中可以提供快速离子扩散，因此是从锂离子电池、电致变色到电子设备等各种应用的基础。因此，寻找通过锂离子嵌入表现出快速、大的电阻性能变化和高稳定性的薄膜系统可以促进各种应用。T-Nb 2 O 5 是一种很有前景的材料，可用于电池和电化学电容器的负极材料。T-Nb 2 O 5 中锂离子的快速扩散是通过其晶体结构实现的，二维层内锂离子扩散的空间位阻非常低。锂离子嵌入有望通过填充Nb 4d能级来提高电子电导率，T-Nb 2 O 5 成为可开关电子应用的有希望的候选者。然而，自1941年发现T-Nb 2 O 5 以来，单晶薄膜的生长及其电子性能尚未得到证实。这一困难可能是由于其较大的斜方晶胞、其亚稳定性以及许多其他能量接近的Nb 2 O 5 多晶型物的存在。
鉴于此， 德国马克斯·普朗克微结构物理研究所Hyeon Han 研究员和Stuart S. P. Parkin教授联合英国剑桥大学Clare P. Grey教授和美国宾夕法尼亚大学Andrew M. Rappe教授等人报告了高质量单晶T-Nb 2 O 5 薄膜的外延生长，其(180)平面平行于表面，使得晶体结构中的2D开放通道理想地垂直于薄膜表面取向，为快速锂离子迁移提供了路径。 T-Nb 2 O 5 薄膜的含锂离子液体门控(Li-ILG)会导致快速且巨大的绝缘体-金属转变，在锂插入的早期阶段，材料的电阻率增加约11个数量级。 原位薄膜X射线衍射在T-Nb 2 O 5 薄膜形式中发现了多种未探索的相变，包括斜方绝缘体、斜方金属、单斜金属和退化的绝缘相。而块体材料在高锂浓度下进一步显示出四方相 。DFT计算进一步支持单斜晶相（大约Li 1 Nb 2 O 5 ）在能量上是有利的且具有金属性。锂离子迁移带来的费米能附近的缺陷电子态导致电阻率突然变化。 这些发现可以通过在晶体薄膜的可逆相变范围内操作来实现对其电子特性可重复且持久的控制。与当前最好的电化学材料之一WO 3 薄膜相比，T-Nb 2 O 5 薄膜通过Li相互作用表现出更大、更快的电阻变化和更宽的电压工作范围。 本文展示了一种协同实验理论方法，用于开发适用于各种应用的新型离子通道器件，包括薄膜电池、电致变色器件、神经形态器件和电化学随机存取存储器。
Fig. 1  |  Structure of epitaxial  T -Nb 2 O 5  thin films.
Fig. 2  |  Sequential structural phase transitions of  T -Nb 2 O 5  via Li-ion intercalation.
Fig. 3  |  Electronic and structural phases of  T -Nb 2 O 5  via Li intercalation.
Fig. 4  |  Electrochemical and electronic properties of epitaxial  T -Nb 2 O 5  thin films.
【文献信息】
Han, H., Jacquet, Q., Jiang, Z. et al. Li iontronics in single-crystalline T-Nb2O5 thin films with vertical ionic transport channels. Nat. Mater. (2023).
https://doi.org/10.1038/s41563-023-01612-2

邮发代号：80-732
联系热线：010-64519601/9602/9643
投稿网址：http://esst.cip.com.cn/CN/2095-4239/home.shtml

版权：如无特殊注明，文章转载自网络，侵权请联系cnmhg168#163.com删除！文件均为网友上传，仅供研究和学习使用，务必24小时内删除。
相关推荐
热门信息