五氧化二钒：一种具有独特电子性质的过渡金属氧化物

admin 钢铁资讯 2024-11-04 2

概述

五氧化二 vanadium（VO ₂ ）是一种过渡金属氧化物，因其独特的电子性质而备受关注，包括金属-绝缘体转变（MIT）。本篇文章将探讨 VO ₂ 的电子结构、相变及其在不同应用中的潜力。

VO ₂ 具有复杂的电子结构，由 V ⁴⁺ 和 O ^2- 离子组成。V ⁴⁺ 离子具有 d ¹ 电子构型，其中一个 d 电子分布在 t _2g 轨道中。在低温下，这些 d 电子与相邻钒离子的 t _2g 轨道相互作用，形成一个金属态，其中电子可以自由流动。

当温度升高到大约 68 ℃ 时，VO ₂ 经历了 MIT，从金属态转变为绝缘态。这种转变是由 t _2g 电子与 e _g 轨道的耦合引起的。在绝缘态中，电子局限于特定的轨道，无法自由流动。

VO ₂ 的 MIT 是一个热驱动的相变，可通过多种刺激触发，包括温度、光、应力或电场。由于其可逆性和快速响应时间，这种相变对于各种应用非常有前途。

在金属态，VO ₂ 呈现金黄色，具有较高的导电性。在绝缘态，它变成深蓝色，并且导电性显着降低。这种颜色变化与电子结构的变化有关，电子从 t _2g 轨道转移到 e _g 轨道。

VO ₂ 的独特电子性质使其在各种应用中具有潜力，包括：

智能窗户： VO ₂ 可以用作智能窗户的材料，其可以根据温度或光照条件改变透光率。在高温或光照条件下，VO ₂ 处于金属态，透明；在低温或黑暗条件下，VO ₂ 处于绝缘态，不透明。
热管理： 由于 MIT 具有快速响应时间和可逆性，VO ₂ 可以用于温度控制应用，例如可调谐辐射器或红外发射器。
传感： VO ₂ 可以用作温度、光、应力和电场传感器的材料。其电阻随这些刺激而变化，使其成为这些物理量的敏感探测器。
电子器件： VO ₂ 在场效应晶体管、记忆器和逻辑门等电子器件中具有潜力。其可调谐导电性可以实现新的器件设计和功能。