新技术控制二氧化钛的晶体结构

北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种新技术，可以在室温下控制二氧化钛的晶体结构。这一进展将使二氧化钛在一系列应用中更加高效，包括光伏电池、制氢、抗菌涂层、智能传感器和光通信技术。

二氧化钛最常见于两个主要的“阶段”中的一个，这意味着其原子在两个结晶结构之一中排列。这些阶段是“锐钛矿”或“金红石”。原子的布置决定了材料的光学，化学和电子性质。结果，每个阶段具有不同的特征。锐钛矿相具有使其更适合用作抗菌剂和诸如氢生产的应用。金红石相更适合在其他应用中使用，例如光伏电池，智能传感器和光通信技术。

“传统上，将二氧化钛稳定在理想的相中一直是一个挑战，”Jay Narayan博士说，他是北卡罗莱纳州立大学材料科学与工程John C. Fan杰出客座教授，也是一篇描述这项工作的论文的合著者。“材料在500℃以下倾向于转变为锐钛矿相，在500℃以上转变为金红石相。

“我们现在已经开发了一种技术，可以在室温下精确控制二氧化钛的相或晶体结构，并稳定该相，这样它就不会在温度波动时发生变化。这个过程被称为相位调谐，使我们能够微调二氧化钛的结构，使其具有理想应用的最佳结构。”

该过程首先使用具有所需的结晶结构的广泛可用的蓝宝石衬底。然后研究人员在基材上生长三氧化钛的模板层。三氧化钛的结构模仿蓝宝石衬底的结构。然后在三氧化钛模板层的顶部生长二氧化钛。

二氧化钛的结构不同于三氧化二钛，但由模板层的结构决定。这意味着你可以在任何阶段创造二氧化钛，简单地通过修改三氧化钛和蓝宝石衬底的结构。

这是因为一个名为域匹配的外延（DME）的过程。在DME中，模板层中的晶格平面与在该模板上生长的材料的晶格平面线。格子平面是构成晶体的线条或墙壁。

纸”,带有Ti2O3瞬态层的TiO2/[α]-Al2O3薄膜异质结构的畴外延，于6月20日在线发表应用物理快报．该论文由北卡罗来纳州立大学的M.R. Bayati和r.m olaei博士合著;北卡罗来纳大学教堂山分校(University of North Carolina at Chapel Hill)联合生物医学工程系教授Roger Narayan博士;Zhou H. Zhou H.，北卡州立大学博士后研究员;以及橡树岭国家实验室的S.J.彭尼库克博士。这项研究由美国国家科学基金会资助。

研究人员也证明了这种技术如何应用于硅计算机芯片基片，它可以集成到电子产品中，如智能传感器。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

“TiO2 /α中的域外延 - Al2O3薄膜异质结构与Ti2O3瞬态层”

作者:北卡罗莱纳州立大学Bayati、R. Molaei、R.J. Narayan、J. Narayan和H. Zhou先生;S. J. Pennycook，橡树岭国家实验室

发表6月20日应用物理快报

文摘:在a-氧化铝(蓝宝石(0001))衬底上外延生长金红石型TiO2薄膜，并用x射线衍射和扫描透射电镜对薄膜进行了表征。结果表明，金红石薄膜最初以Ti2O3的形式在蓝宝石表面假态生长，经过几次单层生长后，在Ti2O3/蓝宝石平台上呈四方生长。Ti2O3瞬态层的形成是由于TiO2的四方结构与氧化铝的六方结构的对称性不匹配造成的。1=2[10_1](101)错配位错之间的分离由Ti2O3决定，分离度为9.7A°，与薄膜/衬底界面上的4/3和3/2交替畴一致。