钾钨青铜纳米片原子尺度阳离子有序机制

钾钨青铜是一组包含丰富电学及化学性质的非化学计量比材料,根据生长温度不同可形成纳米线、纳米束和纳米片等形态,广泛应用于电子场发射、高灵敏度气体传感器、太阳滤光片等领域。长期以来关于六角晶系钾钨青铜中超晶格的形成主要归因于钾空位的存在和钨离子的微量位移,而早期透射电子显微镜分辨率的限制使得钾钨青铜中超晶格相关的空位研究仅能够根据模拟计算及其他相关实验信息进行推测。

Untitled华中科技大学光电国家实验室李露颖课题组及合作者利用球差校正高角环形暗场像(HAADF),X射线能谱(EDXS),电子能量损失谱(EELS),X射线光电子谱(XPS)等技术获取了钾钨青铜中超晶格(HAADF图中等间距平行暗条纹)的原子尺度化学成分和原子结构信息。在排除了其他外来轻原子掺杂,钾原子和钨原子位置置换等可能造成局部HAADF强度减小的因素后,得出由单原子层内少量钨空位分布形成超晶格的结论。原位加热实验进一步证明在较高温度下,原先局限于等间距单原子层内的钨空位会向周围扩散,使钨空位分布更加均匀,超晶格逐渐消失,而整体晶体结构保持不变。此外,在钾钨青铜纳米片中还发现一些平行条带,结构分析表明这些条带由不同取向的同种结构材料组成。这些条带将钾钨青铜纳米片划分为很多区间,在同一个区间内,超晶格结构维持同样的取向。

研究者相信,从原子尺度化学成分及原子结构的角度研究钾钨青铜中阳离子空位有序及其随温度的变化规律有助于实现原子级空位有序的结构调控,为相关光电器件物理性质的调控提供了坚实的结构基础。相关论文在线发表在Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.201600537)上。