離子轉換數是套用於電化學體系中的專有名詞，描述電場作用下鋰離子的嵌入和析出，也與其結構相變及物性息息相關，進而影響鋰離子電池的儲能性能及材料體系的物理特性。
基本介紹
- 中文名：離子轉換數
- 套用領域：電化學領域
背景簡介,研究發展,研究原理與內容,
背景簡介
通過電場誘導氧化物結構轉換， 進而調控其物性， 擴展其套用， 是材料科學研究歷久彌新的一項主題。在電介質中， 外電場能在Pb(Mg1/3Nb2/3)O3單晶中誘導鐵電性，亦能在VO2薄膜中誘導金屬絕緣體相變; 在多鐵材料中，電場能在翻轉(LuFeO3)m/(LuFe2O4)n超晶格鐵電極化的同時翻轉其磁矩， 實現磁電耦合；在電化學體系中( 如LiFePO4，FeSe和TaS2等)， 電場作用下鋰離子的嵌入和析出也與其結構相變及物性息息相關， 進而影響鋰離子電池的儲能性能及材料體系的物理特性。
研究發展
運用電化學手段調控材料物性可以追溯到20世紀50年代。近年來， 通過離子液體或固體電解質門電壓誘導電子相變已經成為研究前沿與熱點， 在金屬絕緣體相變、磁性、超導體和二維材料中均有套用.但以往研究大多集中於利用離子液體產生的靜電效應. 於浦課題組這一工作的意義在於將電化學效應與離子液體調控進行耦合， 並突破了前人利用電化學調控單一離子的局限， 實現了可控的電致雙離子嵌入析出， 從而極大豐富了該材料體系的物理內涵、提升了可調控的自由度和相空間、擴展了其潛在的套用範圍， 意義十分重大。此外該調控方法通過材料中電場控制的H+離子插入獲得了全新物相， 蘊含著廣泛的科學與套用潛力。基於此調控方法， 於浦課題組最近在WO3體系中也實現了電場控制下H+誘導的可逆絕緣體-金屬和結構相變， 證明了離子調控在功能材料研究中的有效性和普遍性。
研究原理與內容
工作是基於雷射脈衝沉積的具有鈣鐵鋁石結構的高質量SrCoO2.5單晶外延薄膜， 並通過離子液體施加門電壓調控氧化物薄膜的結構與性能。他們發現， 在正的門電壓作用下， 氫離子注入薄膜， 導致鈣鐵鋁石結構的SrCoO2.5轉換為此前未知的HSrCoO2.5， 而逆相變則在反向負電壓作用下發生. 進一步增加負的門電壓，使得氧離子注入薄膜， 則會導致鈣鐵鋁石結構的SrCoO2.5轉換為鈣鈦礦結構的SrCoO3， 而相應的逆相變則發生在反向的正門電壓下。因此， 於浦課題組巧妙地通過雙離子選擇性嵌入和析出， 實現了SrCoO2.5三態轉變。伴隨此結構相變， 薄膜光學性能也發生很大的變化， 從透明的HSrCoO2.5轉換至半透明的 SrCoO2.5， 再到不透明的SrCoO3，均可以通過門電壓可逆實現。
