《基於二氧化釩相變的低功耗驅動器的製備和套用》是依託清華大學，由劉鍇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於二氧化釩相變的低功耗驅動器的製備和套用
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：劉鍇
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
二氧化釩在68攝氏度時會發生熱驅動的金屬-絕緣體相變，其晶格也由絕緣相的單斜結構變為金屬相的四方結構。在此過程中沿四方結構c軸輸出的功密度高達7 J/cm^3，這比壓電陶瓷高出2個量級，比人類的肌肉高出近3個量級，因此二氧化釩是一種理想的將熱能轉化為機械能的驅動材料。但是，其相對較高的相變溫度使得其在使用電、光等方式加熱驅動時需要較高的功耗，限制了這種驅動器件的套用範圍。本項目將發展兩種手段降低基於二氧化釩的驅動器件的功耗，一方面通過鎢摻雜降低二氧化釩的相變溫度，另一方面覆蓋碳納米管薄膜提高器件的電導率和光吸收率，達到利用太陽光或人體溫度來驅動器件的目的，並進一步開發基於鎢摻雜二氧化釩的複雜驅動器件。本項目一方面可以加深人們對於鎢摻雜二氧化釩中的結構相變的理解，另一方面可以拓寬基於二氧化釩的驅動器件在生物領域和能源領域的套用範圍，因此在基礎研究和套用研究方面都具有重要的意義。
結題摘要
二氧化釩（VO2）在68攝氏度時會發生熱驅動的金屬-絕緣體相變，其晶格也由絕緣相的單斜結構變為金屬相的四方結構。在此過程中沿四方結構c軸輸出的功密度高達7 J/cm^3，這比壓電陶瓷高出2個量級，比人類的肌肉高出近3個量級，因此VO2是一種理想的將熱能轉化為機械能的驅動材料。但是，其相對較高的相變溫度以及相對較低的電導率和光吸收率使得其在使用電、光等方式加熱驅動時需要較高的功耗，限制了這種驅動器件的套用範圍。本項目針對這一關鍵問題，發展出兩種手段降低基於VO2的驅動器件的功耗，一方面通過鎢摻雜降低VO2的相變溫度，另一方面覆蓋碳納米管（CNT）薄膜提高器件的電導率和光吸收率。通過這兩方面的嘗試，成功實現了VO2與CNT薄膜的複合，製備出具有優異的驅動性能和特定功能的VO2/CNT驅動器件；調節VO2的相變溫度至37攝氏度附近，大大降低了VO2/CNT驅動器的能耗，實現了電、光、熱甚至體溫等外界激勵源的有效驅動；發展出螺旋形VO2/CNT納型驅動器，在減小器件尺寸的同時提高了器件對光的吸收效率；將VO2相變調製的概念拓展到其它材料體系，發展出VO2/WSe2雙模態光電探測器。在本基金三年的支持下，項目負責人作為第一/通訊作者在Materials Today、Nano Letters、Applied Physics Reviews、ACS Nano、Nanoscale等刊物發表SCI 論文18篇，其中影響因子10 以上論文8篇；授權發明專利5項；在國際/國內學術會議上做邀請報告5次，其中在2019年6月新加坡舉辦的第10屆國際先進技術材料大會第II分會場上獲新星報告獎一等獎（Rising Star Speaker Award, First Prize）；培養博士後3名，碩士研究生1名。本項目的順利執行為負責人進一步從事相關的材料和器件研究奠定了良好的基礎。
