[發明專利]一種二氧化釩單晶微納米線及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202110178476.4
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN112981530B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 程春;石潤;陳勇;申楠;孔偉光;趙婭萱;王子旭;甘翊辰
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: C30B29/16
• 分類號: C30B29/16;C30B29/62;C30B25/00;H01L29/24
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本發明提供一種二氧化釩單晶微納米線及其制備方法與應用，所述制備方法包括以下步驟：(1)混合五氧化二釩粉末與二氧化硅粉末，得到釩源粉末；(2)將生長襯底置于步驟(1)所得釩源粉末正上方，一并放入加熱系統；(3)將步驟(2)所述加熱系統抽真空并通入保護氣體，啟動升溫程序進行化學氣相沉積反應，制得二氧化釩單晶微納米線。本發明實現了可控性地、高質量地定向生長各種不同相的二氧化釩晶體，進而拓寬了二氧化釩器件的應用范圍并優化了其器件性能。

技術領域

本發明屬于晶體材料技術領域，涉及一種單晶微納米線，尤其涉及一種二氧化釩單晶微納米線及其制備方法與應用。

背景技術

二氧化釩的相變特性一直受到國內外科學家的廣泛關注，其在68℃從絕緣M1相向導電R相的金屬絕緣相變誘發了許多有趣的物理現象，使得其在高性能智能器件領域有著廣泛的應用。然而，二氧化釩的金屬絕緣相變機制一直是一個未解的難題，其難點在于需要將相變過程中耦合的電子強關聯作用和結構畸變區分開來。因此，發掘相變中的中間過渡態是探索二氧化釩相變機制的重要研究內容。

亞穩態M2相和T相作為M1-R相變中最為常見的過渡相經常被研究與討論，并且M2相和T相的穩定引入，可以進一步拓寬二氧化釩器件的應用范圍甚至優化其器件性能。一般有三種策略可實現M2與T相的穩定存在：(1)沿R相c軸方向施加拉伸應力或應變(J.H.Park,J.M.Coy,T.S.Kasirga,C.Huang,Z.Fei,S.Hunter,D.H.Cobden,Nature 2013,500,431)；(2)在二氧化釩晶格中摻雜三價金屬，如Cr³⁺,Al³⁺,Ga³⁺,Fe³⁺等(B.L.Chamberland,J.SolidState Chem.1973,384,377)；(3)適量地引入過量的氧，形成非化學計量比的(V⁵⁺)_y(V⁴⁺)_1-yO₂結構(S.Zhang,I.S.Kim,L.J.Lauhon,Nano Lett.2011,11,1443)。

上述三種策略都有各自的技術難題：應力與應變雖然可實現可控性選擇二氧化釩的相結構，但其很難應用于實際器件中，也無法保證器件的穩定性；金屬摻雜過程引入了較大的金屬原子，使得二氧化釩晶格中的缺陷增多，內應力增加，并不能有效反映二氧化釩相變的本征過程；現有的化學計量比調控技術并不能做到定量化地選擇性制備二氧化釩的不同相結構。因此，我們亟需創造出一種可靠的策略來實現可控性地、高質量地定向生長各種不同相的二氧化釩晶體。

CN 111204805A公開了一種二氧化釩納米線及其制備方法與應用，所述發明實現了在厘米級大小的襯底上均勻外延生長二氧化釩納米線，具有一定的方向性，并且其長度可以達到微米級；所述制備方法屬于物理氣相沉積法，成本低，周期短，效率高，可重復性高。然而所述發明無法實現對二氧化釩納米線晶相的可控調節，具有一定的偶然性，仍需進一步優化。

由此可見，如何提供一種二氧化釩單晶微納米線及其制備方法與應用，實現可控性地、高質量地定向生長各種不同相的二氧化釩晶體，進而拓寬二氧化釩器件的應用范圍并優化其器件性能，成為了目前本領域技術人員迫切需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種二氧化釩單晶微納米線及其制備方法與應用，所述制備方法實現了可控性地、高質量地定向生長各種不同相的二氧化釩晶體，進而拓寬了二氧化釩器件的應用范圍并優化了其器件性能。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種二氧化釩單晶微納米線的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)混合五氧化二釩粉末與二氧化硅粉末，得到釩源粉末；

(2)將生長襯底置于步驟(1)所得釩源粉末正上方，一并放入加熱系統；