新型钒氧化物热致相变材料的相变可控性规律研究

钒氧化合物热致相变材料是研究固态物质强相关联效应的原型材料体系。本项目拟以新型钒氧化合物热致相变材料体系为主要研究对象，主要包括新方法合成的或者具有相变行为新现象的钒氧化合物热致相变材料体系，也包括相变新体系。聚焦新型钒氧化合物热致相变材料的相变行为的可控性规律，涉及相变温度、热滞宽度、光电磁特性变化幅度与响应速度等相变参数，研究起相变调控作用的微观功能结构区与相变行为参数之间的关联性，通过构建原子结构模型并开展相关的理论模拟计算研究，从物理本质上揭示新型钒氧化合物热致相变材料的相变作用机制以及相变可控性规律。进而在相变规律的指导下深入开展从原子分子层次到结构单元层次下新型热致相变材料的结构设计与可控合成，拓展钒氧化合物相变材料新体系。本项目将充分发挥和强化申请人在固体物理与化学、材料学以及计算物理学等交叉领域中的研究特色和优势，可望实现具有优越智能响应性能的钒氧化合物热致相变材料体系。

在国家自然科学基金委面上项目（11074229）的资助下，我们对钒氧化合物金属绝缘体相变材料体系进行了较为系统地探索性研究，并取得了系列进展。课题体系集中于钒基相变材料体系（含结构相变和CDW相变），开展了相变材料体系的可控制备与新结构体系的设计合成、电学行为等基本物性规律及其功能化器件构建的工作，并取得系列突破性进展。..(1) 开展了新途径调制金属绝缘体转变体系性能的相关探索性研究。发展了氢掺杂、富畴界结构等新途径实现成功调控二氧化钒金属绝缘体相变温度，乃至室温稳定高温金红石相。该方法甚至能够拓展到其他金属态行为的调控中。氢离子嵌入的方法被国际同行认为“将会是一个强有力的工具对于检测金属绝缘体转变和调制二氧化钒的性能”。..(2) 开展了钒氧化合物金属绝缘体转变体系的可控合成研究。发展了新溶液法合成单斜相的VO2（M）单畴纳米棒结构；并发展了超快转换技术实现可控氢化掺杂金红石相二氧化钒。..(3) 开展了金属绝缘体转变体系功能性器件探索研究。基于金属绝缘体相变材料VO2(M)与五氧化二钒形成核/壳异质结构，设计新型光导型近红外光探测器。并基于具有金属绝缘体转变性能的K0.5V2O5高度缠绕的超长纳米线薄膜构建柔性非易失性存储器件。..(4)进一步开展了钒基其他相变体系及关联体系探索研究。实现了具有CDW态相变VS2二维材料体系的可控合成以及电学行为调控；并且发现了兼具有铁磁和电荷密度波相变行为的新金属态类石墨材料， 即二硒化钒超薄纳米片。.. 在基金资助下，项目负责人已经在国际顶尖学术期刊如Chem. Soc. Rev.、Nat. Commun.、JACS、Angew. Chem.、Adv. Mater.发表SCI论文17篇，其中影响因子9.0以上的10篇。由于系列工作的学术影响，应邀为国际顶尖综述期刊《Chem. Soc. Rev.》（IF=24.892） 撰写题为《设计钒氧化合物结构具有可控电学性能在能源相关领域应用》的专题综述。四篇文章被选为封面文章。并多次应邀在国际和国内会议作邀请报告。项目负责人本人在项目执行期间获得国家自然科学二等奖（排名第二）以及国家自然科学基金委优秀青年资助。以上进展圆满完成了基金预期的关于新型钒氧化物热致相变材料的相变可控性规律研究相关计划，并开拓了相变材料体系在器件构建研究领域的相关工作。