智能節(jié)能機敏材料二氧化釩(VO2)具有對外界紅外線進行感知和調控的特性,有望應用于建筑智能窗。自從上世紀50年代以來對VO2相變機理的研究一直成為凝聚態(tài)物理的研究熱點。為了解決這一極具挑戰(zhàn)性的問題,迫切需要在外部溫場驅動下,原位觀察VO2相變過程中的原子和電子結構變化的關聯(lián)行為。
中國科技大學國家同步輻射實驗室韋世強教授和吳自玉教授與微尺度國家實驗室謝毅教授帶領的聯(lián)合科研小組,利用同步輻射變溫X射線吸收精細結構譜學(XAFS)方法(見圖1),原位研究了VO2的金屬-絕緣體相變機理,首次展示了VO2在相變溫度點(68攝氏度)附近的原子結構和電子結構的變化 (見圖2),從原子結構層次提出晶體結構轉變和電子關聯(lián)性協(xié)同作用促使VO2產生金屬-絕緣體相變的微觀機理,解決了長期以來對VO2相變機理的爭論。此項研究成果為設計基于釩氧化物的新型智能窗材料及其應用提供了理論基礎,于2010年11月26日發(fā)表在《物理評論快報》[Phys. Rev. Lett. 105, 226405 (2010)],受到國內外同行的高度評價和廣泛關注。
近年來,該聯(lián)合科研小組還利用同步輻射技術研究了系列納米能源材料,重要成果發(fā)表在美國化學會志[J. Am. Chem. Soc. (2010)]和德國應用化學[Angew. Chem. Int. Ed.(2010)]上。

原位XAFS裝置和實驗結果

相變過程中原子結構的變化
(合肥同步輻射信息員宮曉梅提供)