物理科学与技术学院王建波教授课题组近期在氧化锌纳米线可逆结构相变研究中取得重要突破，实现了相变前后原子尺度结构变化的原位测定和基于第一性原理计算的机理理解。
近期，Physical Review Letters（《物理评论快报》）期刊在线发表了论文“Surface- and strain-mediated reversible phase transformation in quantum-confined ZnO nanowires”（《量子限域氧化锌纳米线中基于表面和应力效应的可逆相变》）。武汉大学物理科学技术学院、电子显微镜中心和高等研究院为第一署名单位及唯一通讯作者单位，物理科学与技术学院博士生赵培丽和高等研究院博士生管晓溪为论文共同第一作者，王建波教授、郑赫副教授为通讯作者。
氧化锌（ZnO）作为一种宽禁带半导体材料，由于其多态性和可调的电子光学性质，在量子点发光、自旋功能器件等核心技术领域具有广泛应用。但是当ZnO尺寸接近其激子玻尔半径（~2纳米）时，由于量子限域效应导致其晶体结构及光电性能的变化，可能引起器件失效。然而，相关理论计算和实验研究方面的机理研究一直存在较大分歧：尽管大量理论计算预测低维ZnO具有比纤锌矿（WZ）结构更稳定的类石墨结构（h-MgO）或体心四方结构（BCT），但由于技术条件限制，实验上一直未予验证，同时其相变机理也还未完全厘清。
ZnO纳米线
ZnO纳米线中可逆结构相变过程的实验测定（a-f）和第一性原理计算（g）
在前期相关工作的基础上（Nano Lett. 18: 4095 (2018)；Phys. Rev. Mater. 2: 060402(R) (2018)；ACS Appl. Energy Mater. 2: 7709 (2019)；Microscopy 10.1093/jmicro/dfz038 (2019)（特邀综述）），王建波课题组通过原子尺度原位技术首次观察到低维 ZnO纳米线（宽度约为2纳米）在拉伸应力作用下从WZ到BCT再到h-MgO结构的原子尺度相变过程（如下图）。在应力撤去时，该相变过程是可逆的。进一步基于第一性原理计算，揭示了尺寸、表面及应力对低维ZnO结构稳定性的影响机理。研究结果为理解量子限域的低维ZnO中不同晶体结构的稳定性及其相变机理提供重要的实验依据和计算分析，可为实现相关体系的结构-性能调控提供参考。
该研究受到国家自然科学基金、湖北省自然科学基金及江苏省自然科学基金的项目资助。
原文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.123.216101
纳米氧化锌(ZnO)粒径介于1-100 nm之间，是一种高端的高功能精细无机产品，表现出许多特殊的性质，如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。 微观的变化很多人看不到纳米材料的优异特性，通过实践，现在纳米氧化锌在橡胶等各个领域以其优异的特性得到越来越广泛的应用。
王建波，武汉大学物理科学与技术学院教授、博士生导师、副院长、教学指导委员会主任，武汉大学电子显微镜中心执行主任，中国电子显微学会常务理事、物理与材料专业委员会委员，湖北省电子显微镜学会理事长。获教育部“新世纪优秀人才支持计划”（2007年）、湖北省青年杰出人才基金资助（2005年）；获湖北省自然科学一等奖（2005年，排名第4）等。1996年获武汉大学本科学位，2001年获武汉大学博士学位。曾获1999年度宝钢奖学金、武汉大学首届和湖北省第5届优秀博士学位论文等奖项。1998-2000年在北京中科院物理所电镜实验室，1999、2000年在法国马赛晶体生长机制研究所（CRMC2-CNRS，现CINaM-CNRS）和欧洲同步辐射中心（ESRF），2000-2001年在德国于利希（Juelich）研究中心合作研究。2000年7月留校任教。目前主要从事物质超微结构的电子显微学表征及相关计算研究。主持和参加项目包括4项国家自然科学基金、1项973纳米专项、1项教育部“新世纪优秀人才支持计划”基金、1项湖北省青年杰出人才基金、1项教育部留学回国人员启动基金等。发表科研论文一百多篇。
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发表于 2019-11-22 07:00:09
