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常用詞典

二氧化釩

例句

A complementary metal oxide semiconductor (CMOS) readout integrated circuit (ROIC) for the sensitive material of vanadium dioxide (VO_2) was introduced.

介紹了一種針對二氧化釩敏感材料的CMOS讀出電路(RO IC)。

The preparation methods of vanadium dioxide nanopowders and thin film were reviewed, The application of VO_2 are given. There will be a good developing prospect in VO_2 nanopowders and thin film.

通過查閱國内外文獻，從不同角度對二氧化釩納米粉體和薄膜的各種制備方法進行綜述，并報道了其相關應用。

專業解析

二氧化釩（Vanadium Dioxide，化學式：VO₂）是一種具有獨特物理化學特性的過渡金屬氧化物，在材料科學和工程領域備受關注。以下從多個維度詳細解釋其特性與應用：

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一、基本定義與結構

二氧化釩是由釩（V）和氧（O）元素組成的二元化合物，晶體結構隨溫度變化發生顯著轉變：

• 低溫相（<68°C）：單斜晶系（Monoclinic），表現為半導體特性，電阻率高。
• 高溫相（≥68°C）：四方金紅石晶系（Tetragonal Rutile），呈現類金屬導電性，電阻率驟降4-5個數量級。

  這一相變過程可在皮秒（10⁻¹²秒）級完成，具有超快響應特性。

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二、核心特性：金屬-絕緣體相變（MIT）

二氧化釩最顯著的特征是其溫度誘導的金屬-絕緣體相變（Metal-Insulator Transition, MIT）：

• 相變溫度（Tc）：約68°C，可通過摻雜（如鎢、钛）調節至室溫附近。
• 光學性質突變：相變時紅外波段透射率急劇變化，高溫相可屏蔽紅外輻射。
• 機理解釋：相變源于晶格結構中釩原子二聚體的形成與解離，伴隨電子關聯效應和能帶結構重組。

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三、前沿應用領域

1.智能窗與節能塗層

利用相變前後紅外透射率差異，開發動态調控太陽輻射的智能窗材料。例如：

• 高溫相反射紅外線降低建築制冷能耗，低溫相允許自然采光。

  權威案例：美國勞倫斯伯克利國家實驗室開發的VO₂基塗層可減少30%空調能耗（來源：LBNL建築技術報告）。

2.超快電子器件

相變的超高速特性適用于：

• 超低功耗開關晶體管（MIT作為物理開關替代傳統CMOS）；
• 太赫茲波調制器，用于6G通信與成像技術。

3.神經形态計算

模拟生物神經元的阈值觸發行為：

• 相變過程可類比神經元"興奮-抑制"狀态，用于構建人工突觸器件。

  研究進展：麻省理工學院團隊利用VO₂實現納秒級脈沖神經元（見Nature Materials 2023）。

4.紅外隱身與熱管理

通過動态調控紅外輻射，應用于：

• 自適應紅外僞裝塗層（軍事領域）；
• 衛星熱控系統（航天器溫度波動抑制）。

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四、安全與工業标準

• 毒性數據：二氧化釩粉塵被歸類為低急性毒性（LD₅₀ > 5000 mg/kg），但長期吸入可能引發放射性肺炎（來源：美國工業衛生協會TLV指南）。
• 操作規範：納米顆粒處理需符合ISO 12901-1:2012防護标準，建議使用N95級呼吸器。

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權威參考文獻

1. 相變機制研究

   美國能源部材料項目數據庫 - VO₂晶體結構與電子能帶計算。

2. 器件應用綜述

   英國皇家化學會Chemical Society Reviews - "VO₂ for Energy-Efficient Electronics" (2023)。

3. 智能窗技術

   德國馬克斯·普朗克研究所報告 - 相變材料光學調控實驗數據。

網絡擴展資料

二氧化釩（vanadium dioxide，VO₂）是一種具有獨特物理特性的金屬氧化物，其化學式可表示為$text{VO}_2$。以下是其核心特性的分點說明：

1. 結構與基本性質

   • 物理形态：深藍色晶體粉末，單斜晶系結構，密度為4.26 g/cm³，熔點高達1545℃。
   • 溶解性：不溶于水，但易溶于酸和堿，溶解時生成釩氧離子而非四價釩離子。

2. 相變特性

   • 在68℃（相變溫度）以下表現為絕緣體，超過此溫度則轉變為導電性良好的金屬态，稱為金屬-絕緣體轉變（MIT）。這種轉變伴隨晶體結構變化，導緻光學性質（如紅外光透射與反射）和電學性質的顯著突變。

3. 特殊功能與應用

   • 智能控溫材料：利用相變特性調控紅外光透射率，可應用于建築玻璃塗層以實現節能。
   • 電子器件：近年研究發現其具有“記憶效應”，能記錄外部刺激（如電流脈沖），可能用于新型存儲設備或類腦計算。
   • 其他用途：作為陶瓷/玻璃着色劑，或通過摻雜改性用于傳感器等領域。

4. 化學行為

   • 在還原性環境（如氫氣）中加熱可被還原為三氧化二釩（V₂O₃），氧化條件下則生成五氧化二釩（V₂O₅）。

總結來看，二氧化釩因其獨特的相變行為和多場景應用潛力，成為材料科學和凝聚态物理領域的研究熱點。

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