延安大学曹舒尧、王伟国&西工大高峰CEJ：间接空位调制策略优化KSN陶瓷光致变色性能

【成果简介】

KSr₂Nb₅O₁₅（简称KSN）基光致变色材料因其在外界光/热刺激下，能够实现自身反射率等光学性质的可逆变化，在可重写光存储、光学防伪及无源光计量器件等领域具有广阔的应用前景。然而，有限的光致变色对比度阻碍了其进一步发展，材料内部载流子陷阱浓度与深度分布间的关联矛盾限制了非化学计量比设计及贫氧气氛烧结等直接型空位调制策略的改性效果。

为了解决上述问题，近日，延安大学青年教师曹舒尧联合西北工业大学高峰教授团队，采用间接型空位调制策略，选取高温易挥发的Li⁺取代KSN晶格中的Sr²⁺，通过Li⁺挥发促使附加阳离子空位的产生，并同时凭借受主掺杂的电荷平衡过程增加体系中的氧空位。结果表明，通过间接空位调控策略，KSN基陶瓷的饱和光致变色对比度提高了近2倍(由8.18%增加到23.39%)。该策略通过提高有效色心的浓度和控制空位缺陷的分布，有效地解决了陷阱修饰的内在矛盾。原子尺度分析表明，受主掺杂和氧空位的形成倾向于发生在KSN晶格的A1位置及周围。此外，间接空位调制策略保持了缺陷的均匀分布，避免了晶格原始电子结构的明显破坏。该工作有望为无机光致变色材料的改性提供有价值的参考，并加深无机光致变色机理的认识。

相关研究成果以“Boosting the photochromic property of KSr₂Nb₅O₁₅-based ceramics through an indirect vacancy-regulation strategy”为题，近期在线发表于国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院1区TOP期刊，IF=15.1）上。延安大学物理与电子信息学院曹舒尧副教授为论文的第一作者兼通讯作者，王伟国教授与西北工业大学材料学院高峰教授为论文的共同通讯作者。论文的其他重要合作者包括广西师范大学物理科学与技术学院张奇伟教授及内蒙古科技大学材料与冶金学院许子怡硕士等。该研究得到了国家自然科学基金，陕西省自然科学基金基础研究计划，延安大学博士科研启动金等项目的资助。

【主要研究内容】

延安大学曹舒尧、王伟国&西工大高峰CEJ：间接空位调制策略优化KSN陶瓷光致变色性能

图1材料内部阳离子空位分布的原子尺度分析

图2光致变色性能的调控机理及载流子陷阱的量化表征

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150080

延安大学曹舒尧、王伟国&西工大高峰CEJ：间接空位调制策略优化KSN陶瓷光致变色性能

相关推荐