东北大学王沿东&HPSTAR杨文革、刘罡AS：压力诱导透明导电氧化物性能的大幅提升

简介：近日，东北大学王沿东研究团队与北京高压科学研究中心杨文革、刘罡研究团队合作，从材料的晶体结构多态性角度出发，在透明导电氧化物钛掺杂氧化铟中，首次在高压下实现了透明氧化物的电导率和光学性能的同步优化。

关键词：透明导电氧化物，压力，电导率，热稳定性

透明导电氧化物同时显示高导电性和光学透明度，这种奇特的组合使其作为最常用的透明电极材料，被广泛地用于太阳能电池、平板显示器、触摸屏和发光等二极管。然而，传统的掺杂制备工艺无法进一步同时提升透明导电氧化物的导电性和透明度，从而限制了透明氧化物的进一步应用。因此，提高透明导电氧化物的导电性和透明度是透明导电材料研究与设计的关键挑战。

相比于化学掺杂，压力是一种独特、更直接的调控手段，不会引入化学杂质而污染被测样品。压力可以直接改变原子间距和原子间的相互作用，进而改变物质的晶体结构和电子能带结构，最终改变物质的性能。近年来，压力已被证明是一条精确调控功能材料特性的有效的途径。然而，压力下获得的优化的，高性能结构通常在压力去除后很难保留。因此，如果采用压力作为调控手段，关键是确保高压亚稳态在其应用温度范围内能够保持到环境压力。

该研究团队通过高压原位同步辐射X衍射、高压光学和高压电学性能测量并结合理论计算，系统研究了高压下透明导电氧化物钛掺杂氧化铟的晶体结构、电导率、光学性质的演变（图1）。他们发现，在压力作用下，钛掺杂氧化铟发生了不可逆的晶体结构转变。卸压后，高压结构被完好的保留了下来 ¾ 成功地获得了一种高压亚稳态样品，该样品相较于原始样品的电导率提升约100倍、并且具有更高热稳定性、仍然保持光学透明度并具有更好的蓝光阻挡效率，在室温时，蓝光阻挡效率提高了约1倍。此外，能带结构模拟也很好地证明了透明导电氧化物的结构和性质与压力作用之间的相关性。这些结果表明，压力为优化透明氧化物的结构与性能提供了一种有效的途径，使得透明氧化物有望展现出更好的应用前景。