康奈尔大学 信用:CC0公共领域 作为绝缘体，金属氧化物——也被称为陶瓷——看起来不像是导电性的明显候选物
当电子在普通金属中来回穿梭时，它们在陶瓷材料中的运动缓慢且难以检测
理查德·罗宾逊领导的跨学科合作更新了“小极化子跳跃模型”，以反映陶瓷中不同的传导途径
他们的工作将有助于在锂离子电池、燃料电池和电催化等技术中定制金属氧化物特性的研究人员
但是陶瓷确实含有很大范围的电导率
这种行为是在1961年的“小极化子跳跃模型”中描述的，该模型描述了极化子从材料的一端到另一端的运动，极化子本质上是耦合到晶格畸变的电子
工程学院材料科学与工程副教授理查德·罗宾逊领导的跨学科合作表明，该模型是多么过时和不准确，尤其是对于复杂的氧化物系统
通过更新模型以反映不同的传导途径，该团队希望其工作将帮助研究人员定制锂离子电池、燃料电池和电催化等技术中金属氧化物的特性
他们的论文“高阶自旋中小极化子跳跃模型的分解”，发表于10月10日
先进材料21
主要作者是博士生Anuj Bhargava
“这是该领域最常用的公式，但60年来从未有人用过
这是一件大事，因为如今，金属氧化物被用于许多性能直接受电导率影响的应用中，例如，电能储存和发电、电催化以及新一代材料等能源系统，”罗宾逊说
“许多人现在正在对氧化物进行大量的实验研究，但是他们还没有仔细研究电荷载体是如何在材料中运动的，以及成分是如何影响导电性的
激进的合作 “如果我们了解电子是如何传导的，我们可以定制具有最高电导率的成分，我们可以优化许多材料的能效，”他说
为了详细了解电子在金属氧化物中的运动方式以及它们的占据位置如何影响材料的导电性，罗宾逊求助于工业化学教授赫伯特·菲斯克·约翰逊(Herbert Fisk Johnson)
施罗姆和他的团队使用界面材料加速实现、分析和发现平台(PARADIM)和康奈尔纳米科技设施(CNF)来生长和表征掺锰氧化铁(MnxFe3-xO4)的晶体薄膜
罗宾逊的团队随后使用康奈尔高能同步加速器源(CHESS)来确定带正电荷的离子(称为阳离子)的原子位置和电荷状态，并测量材料的电导率在不同温度下的变化
他们把这种材料带给了应用和工程物理学副教授莉娜·库克斯(Lena Kourkoutis)，她利用先进的电子显微镜获得了晶体基底和成分梯度的原子级精确视图，并证实了研究小组的发现
最后，罗宾逊的团队咨询了以色列理工学院的研究人员，他们使用计算方法解释了极化子在材料中如何根据能量势垒和氧化态进行不同的跳跃
他们的结果揭示了与两种不同阳离子之间的“转换”传导路径相关的大能量势垒的存在，这提供了将一个新公式组合在一起所必需的关键的最后一块
“这一新发现让我们深入了解了一些被忽视的东西
罗宾逊说:“我们现在可以采取更系统的方法来弄清楚为什么这些材料会有不同的表现，尤其是在电子电导率这个非常重要的层面上，而不是像爱迪生那样，只制造和测试一堆新材料就进行试错。”
“能源材料中的重要过程包括导电性、进出材料的电子
因此，对于任何使用金属氧化物的应用，导电性都很重要
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
