通过直接原子氢化实现单晶 VO2 微/纳梁中的氢扩散与稳定化
材料科学
2014-09-17 v1
摘要
我们报告了在无催化剂条件下，通过直接暴露于原子氢，对单晶 VO2 微/纳梁中原子氢扩散的测量结果。原子氢由热灯丝产生，掺杂过程在中等温度 (373 K) 下进行。未掺杂的 VO2 在 ~340 K 处发生金属 - 绝缘体相变，介于高温金红石结构金属相与低温单斜结构绝缘相之间，其电阻表现出类半导体的温度依赖性。原子氢化使得 VO2 微/纳梁的金属相稳定至 2 K，这是我们在测量装置中能达到的最低温度。基于对单晶 VO2 梁中氢扩散前沿移动的观测，我们估算出在金红石相 c 轴方向上的氢扩散常数在约 373 K 时为 6.7 x 10^{-10} cm^2/s，超过同构型 TiO2 中的数值约 38 倍。此外，我们发现金红石相 c 轴方向的扩散常数至少比单斜相等效 a 轴方向的扩散常数高出三个数量级。这种动力学的显著变化必然源于冷却进入单斜结构时晶胞沿该方向加倍导致的“通道”畸变。第一性原理计算结果与两相相对动力学的实验趋势吻合良好。这为开发可切换的氢传输膜提供了可能性。
引用
@article{arxiv.1409.4661,
title = {Hydrogen Diffusion and Stabilization in Single-crystal VO2 Micro/nanobeams by Direct Atomic Hydrogenation},
author = {Jian Lin and Heng Ji and Michael W. Swift and Will J. Hardy and Zhiwei Peng and Xiujun Fan and Andriy H. Nevidomskyy and James M. Tour and Douglas Natelson},
journal= {arXiv preprint arXiv:1409.4661},
year = {2014}
}
备注
23 pages, 4 figs + supporting material