将钙钛矿转变为Infinite-Layer Nickelates

topotactic可比晶体结构之间的转换是小说的一个重要发展的方法生产量子元素,减少topotactic CaH的单晶₂随着还原剂在最新的研究发表在详细亚博老虎机网登录科学的进步。

研究:Topotactic单晶的转变:从钙钛矿infinite-layer nickelates。图片来源:sutadimages / Shutterstock.com

介绍了钙钛矿

钙钛矿是一种物质几乎相同的晶体点阵矿物钙氧化钛,这是第一个发现的钙钛矿晶体。钙钛矿化合物,一般来说,分子式ABX3, A和B是阳离子和阴离子X是一个链接。

钙钛矿的晶格(比率₃斜方晶系的。钙钛矿材料已报告是最有亚博网站下载趣的和经济的最小能量用于广泛的光电半导体和光学技术的应用程序。钛酸钙(比率的发现₃)在1839年被俄罗斯矿物学家Perovski被认为是钙钛矿的成因,和矿物质有同样的晶体结构比率₃被称为钙钛矿材料(结构)。亚博网站下载

合成的钙钛矿nickelate水晶和topotactic减少。(一个Walker)示意图液压机的模块。单轴力(红色箭头)转移到一个各向同性的压力通过陶瓷八面体(布朗)嵌入在八碳化钨立方体。(B)的八面体的横截面示意图氧化锆坩埚插入(黄色)充满了Pt胶囊(灰线)。盐通量和nickelate前体描绘成白色和灰色地带的胶囊,分别。在经济增长过程中,电流驱动通过石墨加热器(黑线)导致外部温度梯度∆T(红线)。晶体形成顶部和底部的胶囊(黑色方块)。(C)外部施加压力和温度的石墨加热器作为时间的函数。(D)SEM-SE图像是成年人的钙钛矿单晶。(EXRD的地图(h0l)飞机是成年人的钙钛矿单晶。(F)的晶体结构是成年人钙钛矿晶体空间群R3¯c根据XRD数据的细化(E)。G)SEM-SE多晶体的形象与儿童和青少年卫生与发育司经过长时间的减少₂。域可以被分离。(H)晶体的XRD图较短的时间内减少(见文本)。插图显示了一组三个反射对应三个正交域与infinite-layer水晶结构。(我)晶体结构infinite-layer晶体的空间群P4 /嗯根据XRD数据的细化(H)。图片来源:Puphal, p . et al .,科学进步亚博老虎机网登录

钙钛矿的用途和重要性

钙钛矿结构可能包括不同大小和电荷的离子,展示非凡的成分多功能性。由于其多样化的和有用的特性在光催化、电致变色的,图像存储、转移、过滤、和井下声波信号调节技术,钙钛矿引发了大量的各种应用程序的兴趣。表明钙钛矿以来太阳能电池也非常有效地捕获光子转换成电荷,关注他们的研究已经飙升。钙钛矿太阳能电池是一种太阳能电池使用钙钛矿晶体物质聚光活性物质,通常混合有机-无机铅或锡halide-based材料。钙钛矿材料通常是廉价和亚博网站下载简单的各种应用程序的一个可行的选择。

Topotactic晶体结构的转换。(一个来C的)原子水平STEM-EELS元素映射一个成熟钙钛矿晶体(x = 0.16)的均匀分布Ni(一个;蓝色)、洛杉矶(B;绿色),Ca (C;橙色)原子。地图是同时获得。(D和G)低放大率STEM-HAADF钙钛矿和降低晶体的图像,分别显示没有扩展的晶体缺陷。Insets对应HAADF快速傅里叶变换的图像。(E和F)高倍率STEM-HAADF STEM-ABF钙钛矿晶体的图像。所有的图像都获得同样的干细胞标本的一部分。叠加的卡通表明pseudocubic单位细胞与不同元素根据元素的颜色突出显示地图(a到C)。氧原子可以确定具体的STEM-ABF形象(F)。H和我)STEM-HAADF STEM-ABF减少晶体的图像,在类比(E)和(F)。图片来源:Puphal, p . et al .,科学进步亚博老虎机网登录

钙钛矿材料的局限性

尽管钙钛矿材料具有理想特性的一些局限性和缺点也是一个障碍广泛的商业化。这项技术还处于早期阶段,该行业对利用它来取代现有的硅光伏技术。担心其他问题包括降解和稳定。一个重要的问题是,他们有一个短暂的寿命与硅技术相比,它的主要竞争对手。材料也不稳定;铅钙钛矿氧化物容易波动,导致碘和分解容易当晶体是潮湿的。如果我们利用钙钛矿电池供电,渗流屋顶或土壤中可能会瓦解。因此,需要进一步的研究来解决这些限制和问题。

转换过程Infinite-Layer Nickelates

Topotactic减少perovskite-related过渡金属铺平了道路,全新的多功能家庭的发展,光电、电磁物质。超导的发现infinite-layer nickelate薄膜科学是最近的一次突破。亚博老虎机网登录单个水晶标本至少微米大小的单一维度被广泛需要揭示nickelates“infinite-layer阶段的固有特性。此外,单一晶体使互补的测量方法的使用,可以展示出更多的结晶性质。

磁性和电子传输。(一个)磁化率是成年人的钙钛矿(黑)和降低(红色)晶体测量在零场冷却(ZFC虚线)和场冷却(FC,实线)在一个小外磁场0.03 t (B)易感性的强场7 t .固体灰色和橙色线符合Curie-type法(见文本)。(C)钙钛矿单晶的电阻率[x = 0.07 (2)]。(D)阻力降低晶体[x = 0.08(2)]规范化室温值。的插图显示了一个SEM-SE形象的片段infinite-layer晶体用于电力传输和阀杆测量。图片来源:Puphal, p . et al .,科学进步亚博老虎机网登录

研究发现

晶体与一个典型的150毫米,150毫米,150毫米大小。钙钛矿晶体被减少到infinite-layer阶段La1−xCaxNiO₂+ d使用CaH₂。发现,如果温度超过某一阈值,或者保留时间太长对于给定的Pt箔深度、通量可以溶解Pt包和太多的氧气压力释放,导致任何发达标本的解体。nickelate逐步溶解增加温度为1300°C,和运输增长开始。结果能量色散x射线能谱(EDS)和单晶x射线衍射(XRD)显示Ca更替水平的晶体产生的名义水平明显低于20原子百分比(%)预测的推论。

发现延长两周的几天没有导致晶体明显的修改。大大延长减少持续时间被发现增加晶体的脆弱性。

简而言之,钙钛矿的变换成infinite-layer nickelates已经为各种未来的应用铺平了道路。除了极其侵入topotactic减少,前体钙钛矿的制造阶段是生产的一个主要障碍infinite-layer nickelate晶体,虽然关注更研究性的方法可能导致一个更好的知识的独特过程。

引用

Puphal, p . et al ., 2021。Topotactic单晶的转变:从钙钛矿infinite-layer nickelates。亚博老虎机网登录科学的进步,7 (49)。可以在:https://www.亚博老虎机网登录science.org/doi/10.1126/sciadv.abl8091

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