微納尺度VO2的力致相變機制及力電耦合性能研究

《微納尺度VO2的力致相變機制及力電耦合性能研究》是依託西安交通大學，由陳凱擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微納尺度VO2的力致相變機制及力電耦合性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳凱
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

作為一種相變點接近室溫的金屬-絕緣體相變(MIT)材料，VO2有望在信息技術中取代傳統材料以保持摩爾定律的有效性，因此其微納尺度性能備受關注。研究表明其MIT可由溫度或應力引發並伴隨結構相變(SPT)，相變機制決定MIT與SPT是否同步。目前對MIT機制的研究集中於熱致相變，而對力致相變機制的研究比較缺乏。由於VO2具有多個結構複雜的絕緣體相且這些相可在一定的應力作用下相互轉變，科學界對VO2的力致相變路徑仍存在爭議，且對VO2器件在服役條件下的可靠性缺乏定量研究，極大限制了其套用。本項目針對力致相變機制和器件可靠性這兩大問題，以一維VO2微納單晶為研究對象，採用原位TEM與原位同步輻射相結合的技術，利用多場耦合測試平台，系統定量地研究微納尺度VO2力致相變的路徑，力致相變與SPT的時間先後順序，及電阻率隨應變的變化規律，揭示相變機制，預測VO2器件的可靠性，為實際套用提供堅實的實驗基礎。

結題摘要

作為一種相變點接近室溫的金屬-絕緣體相變材料， VO2有望在信息技術中取代傳統材料以保持摩爾定律的有效性，因此其微納尺度性能備受關注。本項目的研究內容包括：VO2納米線的可控制備；微納尺度材料力電耦合性能測試平台的設計和開發；利用先進材料表征測試技術對微納尺度材料的微觀組織結構及性能進行研究。 本項目的研究成果及意義包括： 發展了一種納米線的快速、可控焊接；設計製造了一套高普適性力電耦合測試裝置；發展了一套用於快速分析同步輻射微衍射數據的算法和軟體；發展了一套自動、半定量地表征位錯類型和密度的算法和軟體。申請發明專利4項，授權1項，一通回案實審3項；授權實用新型專利1項；註冊軟體著作權2項。 探索VO2納米線的合成條件，實現了不同初始相VO2納米線的可控合成；對不同初始相的VO2納米線進行了力電耦合的原位研究，觀測了M1相納米線從M1相到M2相的力致相變，研究了納米線電阻率的演化，測量了合成M1相、力致M2相、合成M2相的表觀模量並進行了微觀機理的解釋；通過焦耳熱的方法實現了VO2的絕緣體-金屬相變，測量了不同初始相的納米線伴隨相變的長度變化，實驗驗證了VO2納米線作為納米驅動器的可行性；研究了電子注入對VO2電阻率及相變機制的影響，為大範圍調控VO2電學性能提供了思路，為相變機制的理解提供了實驗依據。 研究了ZnO納米線的形貌及力電性能與缺陷密度的定量關係，揭示了缺陷密度對其表觀模量、電阻率、壓阻係數等重要物理性能的影響規律，為其在壓阻、壓電器件中的套用提供了實驗支持。 研究了3D列印鎳基高溫合金內殘餘應變的分布，討論了柱狀晶-等軸晶轉變的機制，研究了外延生長界面力學性能的非均一性，為其品質評估和控制提供了參考；研究了無鉛焊錫在電遷移作用下的變形機制，為無鉛焊錫在電子行業的使用中給予指導意義；研究了多晶Nd2Ir2O7材料內的晶體取向分布，對其電導率的分布規律進行了揭示；研究了自然地質構造香腸石中石英晶體內的殘餘應力，揭示了香腸石結構的成因。