《过渡金属氧化物纳米结构新颖的外场作用响应特性及机理研究》

点击下载 ⇩

项目主要内容属于纳米材料物理与纳米器件范围。气、热、电、光等外场作用下材料产生的物理和化学效应在信息、能源、环境等领域有广泛而重要的应用,过渡金属氧化物是具有代表性的材料体系。如何实现超越该体系传统材料的响应速度、转换效率和灵敏度等主要性能,是该领域聚焦点和挑战性科学问题。该项目研究过渡金属氧化物纳米结构新颖的外场作用响应规律及其材料物理机制与器件应用的基础问题,发现了超越传统薄膜材料的新特性,揭示了纳米结构在多外场下的新效应新机制及新器件应用前景,推进了研究前沿的发展。主要发现点如下:1.在面向探测方面,发现了氧化钨纳米线网络结构高灵敏度和优异选择性气致阻抗变化的新颖物理现象,发明了它们的形态、组态、晶态可控制备技术,研制出Pt/wxoy纳米线网络结构低功耗自加热气敏器件,为大气污染物和能源工业危险气体探测提供了新技术研究方向。氧化钨纳米线网络结构对N02探测获得了当时报道最高灵敏度。代表论文被谷歌他引549篇次、单篇最高他引384篇次。Adv Mater、ChemSoc Rev等期刊上26篇综述引用这些结果作为代表工作,指出它们highlights the suitability of such nanowire based sensors for practical applications。2.在面向节能和信息显示方面,发现了氧化钨纳米线毫秒级超快速气致变色和快速电致变色特性,发现了氧化铜纳米带场电子发射随温度大幅提高特性,提出了一种低温大面积制备氧化铜纳米带薄膜的方法,发明了在玻璃衬底上制备氧化钨纳米线及有序微纳结构阵列的方法,研制出具有毫秒级变色速度的气致变色原理器件。变色及温度特性分别为节能窗和太阳热电池等提供了新技术研究方向。二氧化钨纳米线薄膜毫秒级超快速气致变色特性是目前报道的最高速度,是薄膜变色速度的103倍。氧化铜纳米带场发射电流随温度从300K变化到750K时增加三个数量级,是当时报道最大增量,大大超过传统钨阴极的增量。代表论文被谷歌他引305篇次、单篇最高他引161篇次。Small综述指出:氧化铜热场电子发射结果“证明了氧化铜纳米带是一种具有应用前景的热电器件阴极材料”。氧化钨纳米线气致电致变色物理现象的发现被同行列为有效提升氧化钨变色速度和对比度的代表性工作。3.在相关机理方面,揭示了氧化钨纳米线薄膜快速气致和电致变色的物理原因:发现氢原子注入行为和自加热效应,提出阳离子极化子光吸收模型、结构水与氧空位共存的气致变色模型、变色过程物质结构相变等机制,为推进应用提供了科学基础。国际著名材料学家在特辑论文中指出这些结果对研究纳米材料优异特性与薄膜材料特性差异的重要性,及结构水模型是气致变色领域第三个受到承认的模型。

成果由根据原创性研究结果发表的论文和专利组成。8篇代表论文被谷歌(SCI)正面他引854篇次(588篇次)、单篇最高他引384篇次(238篇次)、被32篇国际期刊综述文章正面引用。3项发明专利获授权。

  1. 下载详细PDF版/Doc版

提示:为方便大家复制编辑,博主已将PDF文件制作为Word/Doc格式文件。