高效制备与相变行为：微米级钨掺杂二氧化钒单晶的突破性研究

本文报道了通过高效简便的表面热氧化法首次成功制备微米级钨(W)掺杂二氧化钒(VO2)单晶。该晶体具有棒状形貌和矩形截面（宽约10μm，长约300μm），通过差示扫描量热法(DSC)和原位X射线衍射(XRD)证实了其可逆的金属-绝缘体转变(MIT)特性。研究发现W掺杂以52°C/原子百分比(at.%)的速率线性降低VO2的MIT温度（掺杂范围0-0.6 at.%），且相变温度与升降温速率密切相关。这项研究为智能窗、光电开关等应用提供了新材料基础。

　　

Highlight

我们首次通过高效简便的表面热氧化法成功制备出微米级钨(W)掺杂二氧化钒(VO₂)单晶。这些晶体呈现独特的棒状形貌，具有约10μm宽、300μm长的矩形截面。

相变行为

通过差示扫描量热法(DSC)和原位X射线衍射(XRD)分析证实了可逆的金属-绝缘体转变(MIT)特性。研究发现：

1. W掺杂在0-0.6 at.%浓度范围内，能以52°C/at.%的惊人速率线性降低VO₂的MIT温度

2. 升降温速率会显著影响测量的相变温度

3. 原位XRD显示所有W掺杂VO₂单晶都直接从M1相转变为R相

生长机制

提出了微米级W掺杂VO₂单晶的生长和MIT机制。特别值得注意的是，这种棒状晶体的尺寸远超此前报道的纳米级W掺杂VO₂材料，而其MIT温度调控效率(52°C/at.%)却达到了文献报道的最高水平。

Conclusion

通过热氧化法成功制备的微米级W掺杂VO₂单晶展现出优异的性能：

• 棒状形貌具有规则的矩形截面

• W掺杂以52°C/at.%的创纪录效率降低MIT温度

• 相变过程直接从M1相转变为R相

这些发现为开发新型智能材料和光电器件提供了重要基础。