钙钛矿中应变对氧迁移的影响

快速氧传输材料是许多技术所必需的，包括高效且低成本的固体氧化物燃料电池、气体分离膜、氧传感器、化学链装置和忆阻器。应变常被提出作为一种提升氧传输材料性能的方法，但其影响幅度及潜在机制尚不清楚，尤其是在广泛使用的钙钛矿结构氧导体中。本工作报道了对 LaBO3（其中 B = [Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Ga]）形式的九个钙钛矿体系中应变对迁移能量学影响的从头算预测。预测表明，双轴应变（如在外延体系中容易产生的）会导致迁移能量发生近似线性的变化。我们发现，对于单一选定的跃迁，双轴拉伸应变使所研究体系中的氧空位迁移势垒平均每百分点应变降低 66 meV，在所有体系中每百分点应变的迁移势垒降低幅度介于 36 至 89 meV 之间。当考虑所有跃迁时，每个体系内迁移势垒变化的估计范围约为每百分点应变 25 meV。这些结果表明，应变可以显著影响这些材料中的传输，例如，对于此处计算的最具应变响应性的材料之一（LaCrO3），2% 的拉伸应变可以在 300 K 时使其扩散系数提高约三个数量级（在 500 {\deg}C 或 773 K 时提高一个数量级）。我们表明，一个简单的弹性模型（仅假设立方环境中的膨胀或压缩应变以及固定的迁移体积）可以定性但不能定量地模拟迁移能量的应变依赖性，这表明连续介质弹性未能捕捉到的因素在应变响应中起着重要作用。