纳米VO 2 的制备及其结构与电化学性能研究

发布时间：2021-07-06 13:09

　　二氧化钒（VO₂）是一种多晶型材料,存在多种晶体结构,其中常见的结构有VO₂（B）、VO₂（M）和VO₂（R）等。该类材料具有典型的热致相变特性,在341K（68℃）附近会发生可逆的一级相变,由高温金属相（M相）转变为低温半导体相（R相）,相变前后其光学、电学和磁学等性能会发生突变,因此在光开关、激光防护层、智能窗等领域具有诱人的应用前景。另一方面,VO₂（B）具有层状结构,作为锂离子电池的正极材料时具有较高的充放电比容量和良好的循环稳定性能。然而,VO₂材料在智能窗等应用方面依然存在相变温度偏高、响应速度较慢、生产成本较高等问题;作为锂离子电池正极材料时,VO₂中的V⁴⁺在充放电过程中会发生歧化反应,使层状结构和离子的扩散通道受到破坏,导致材料的导电性能和结构稳定性降低,从而导致比容量和循环稳定性降低。材料晶粒尺寸纳米化和离子掺杂是提高材料性能的有效方法。本课题采用水热法制备了纳米尺寸的VO₂

【文章来源】：郑州轻工业大学河南省

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

高温R相(a)和低温M相(b)的VO2的晶体结构

郑州轻工业大学硕士学位论文4材料作为嵌入化合物在锂/钠离子二次电池领域具有很大的应用潜能。图1-2单斜B相VO2的晶体结构Fig.1-2CrystalstructureofmonoclinicB-phaseVO2当VO2发生金属-半导体相变（MST）时，电阻(率)会在相变点处发生突变。在0.1K温度范围内，单晶态的电阻率突变量可以达到5个数量级，多晶态的电阻突变也可达2~3个数量级。在升温过程中由M相转变为R相时的电阻(率)突变温度要较高于降温时由R相转变为M相的电阻(率)突变温度，升温和降温过程中存在的驰豫过程使电阻(率)突变曲线不重合(如图1-3所示)，这种曲线被称为热滞回线。VO2的结晶态影响热滞回线的宽度，单晶态的热滞宽度约为3~5℃，多晶为5~20℃。相变前后的电阻突变量会随粉体粒径的减小而增大[25]。图1-3VO2电阻-温度变化曲线Fig.1-3TheresistancetemperaturecurveofVO2VO2相变前后的光学性质也会发生明显变化。在68℃以下时，单斜结构的VO2(M)的禁带宽度约为0.67eV，对红外波段的光子具有低吸收率和高透过率，表现为低温透明态；68℃以上时，四方金红石结构的VO2(R)的价带中的电子依靠热激发跃迁到空带中(如图1-4所示)。由于可见光和红外波段的电磁波频率较小，吸收和反射作用增强，VO2变为高温反射态，能有效阻挡光子通过，导致透过率减小而吸收率增加[26]。VO2晶体的尺寸越小，相变前后的红外光透过率改变越大。在相变点处，VO2红外透过率在纳秒量级内发生突变，表明其光学开关性能的灵敏度高，薄膜的厚度和光的波长的改变也

郑州轻工业大学硕士学位论文4材料作为嵌入化合物在锂/钠离子二次电池领域具有很大的应用潜能。图1-2单斜B相VO2的晶体结构Fig.1-2CrystalstructureofmonoclinicB-phaseVO2当VO2发生金属-半导体相变（MST）时，电阻(率)会在相变点处发生突变。在0.1K温度范围内，单晶态的电阻率突变量可以达到5个数量级，多晶态的电阻突变也可达2~3个数量级。在升温过程中由M相转变为R相时的电阻(率)突变温度要较高于降温时由R相转变为M相的电阻(率)突变温度，升温和降温过程中存在的驰豫过程使电阻(率)突变曲线不重合(如图1-3所示)，这种曲线被称为热滞回线。VO2的结晶态影响热滞回线的宽度，单晶态的热滞宽度约为3~5℃，多晶为5~20℃。相变前后的电阻突变量会随粉体粒径的减小而增大[25]。图1-3VO2电阻-温度变化曲线Fig.1-3TheresistancetemperaturecurveofVO2VO2相变前后的光学性质也会发生明显变化。在68℃以下时，单斜结构的VO2(M)的禁带宽度约为0.67eV，对红外波段的光子具有低吸收率和高透过率，表现为低温透明态；68℃以上时，四方金红石结构的VO2(R)的价带中的电子依靠热激发跃迁到空带中(如图1-4所示)。由于可见光和红外波段的电磁波频率较小，吸收和反射作用增强，VO2变为高温反射态，能有效阻挡光子通过，导致透过率减小而吸收率增加[26]。VO2晶体的尺寸越小，相变前后的红外光透过率改变越大。在相变点处，VO2红外透过率在纳秒量级内发生突变，表明其光学开关性能的灵敏度高，薄膜的厚度和光的波长的改变也

【参考文献】：
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本文编号：3268303