過(guò)渡金屬二硒化物的相變性質(zhì)

1目錄

第一部分二硒化物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和相變類型......................................2

第二部分激光誘導(dǎo)相變的機(jī)制和動(dòng)力學(xué)........................................4

第三部分應(yīng)力誘導(dǎo)相變的機(jī)制和薄膜弛豫......................................6

第四部分幾何位阻對(duì)相變的調(diào)控作用..........................................8

第五部分電化學(xué)插層對(duì)相變性質(zhì)的影響........................................II

第六部分光電子器件中相變的調(diào)控和應(yīng)用.....................................14

第七部分相變熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模擬方法.......................................16

第八部分二硒化物相變性質(zhì)的發(fā)展展望.......................................20

第一部分二硒化物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和相變類型

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

二硒化物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.層狀結(jié)構(gòu)：二硒化物具有由硒-金屬-硒三明治層堆疊形

成的層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間通過(guò)范德華力結(jié)合。這種結(jié)構(gòu)使

得二硒化物具有優(yōu)異的各向異性、機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性。

2.多種晶型：不同的二硒化物具有不同的晶型.包括六方

相(2H)、立方相(3R)和四方相(4H)o不同晶型之間的結(jié)

構(gòu)差異影響著材料的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。

3.可調(diào)帶隙：二硒化物的帶隙可以通過(guò)調(diào)制層數(shù)、合金化

或引入缺陷來(lái)調(diào)節(jié)。這使得二硒化物在光電器件、光催化和

能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。

二硒化物的相變類型

1.結(jié)構(gòu)相變：二硒化物可以發(fā)生層內(nèi)相變和層間相變。層

內(nèi)相變涉及硒原子在三明治層內(nèi)的重新排列，而層間相變

涉及層與層之間的相對(duì)位移。

2.電荷密度波相變：當(dāng)二硒化物摻雜或暴露在強(qiáng)電場(chǎng)或光

照下時(shí)，可能會(huì)發(fā)生電荷密度波相變。電荷密度波的形戌導(dǎo)

致材料的導(dǎo)電性和光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。

3.超導(dǎo)相變：某些二硒化物，如二硫化鎘，在摻雜或施加

壓力時(shí)可以發(fā)生超導(dǎo)相變。超導(dǎo)相變使材料表現(xiàn)出零弓阻

和完美的抗磁性。

二硒化物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

二硒化物(MX₂)是一類重要的過(guò)渡金屬化合物，其化學(xué)

式為MX₂,其中M為過(guò)渡金屬原子，X為硫或硒原子。

二硒化物具有層狀結(jié)構(gòu)，由共價(jià)鍵結(jié)合的MX〈sub>6〈/sub>八面體層

組成。八面體層通過(guò)較弱的范德華力相互作用堆疊在一起。

這種層狀結(jié)構(gòu)賦予了二硒化物獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)。例如，二硒化

物具有高電導(dǎo)率、光吸收性強(qiáng)以及優(yōu)異的潤(rùn)滑性。這些性質(zhì)使其在電

子學(xué)、光電子學(xué)和摩擦學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

相變類型

二硒化物可以發(fā)生多種類型的相變，包括：

1.電荷密度波(CDW)相變

CDN相變是一種電子相變，其中電子在晶格中形成波狀排列，導(dǎo)致晶

格的畸變。CDW相變與金屬-半導(dǎo)體相變密切相關(guān)，其中材料從導(dǎo)電

狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣狀態(tài)。

2.層狀-層狀相變

層狀-層狀相變是一種晶體結(jié)構(gòu)相變，其中二硒化物的層狀結(jié)構(gòu)發(fā)生

重排。這種相變通常與材料的電子和磁性性質(zhì)的變化有關(guān)。

3.金屬-絕緣體相變

金屬-絕緣體相變是一種電子相變，其中材料從導(dǎo)電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣

狀態(tài)。這種相變通常與CDW相變或?qū)訝?層狀相變有關(guān)。

4.磁性相變

磁性相變是一種磁性性質(zhì)的相變，其中材料的磁序發(fā)生改變。二硒化

物可以表現(xiàn)出各種類型的磁性相變，包括鐵磁性、反鐵磁性和順磁性。

影響相變的因素

二硒化物的相變性質(zhì)受多種因素影響，包括：

1.化學(xué)組成

二硒化物的化學(xué)組成會(huì)影響其電子結(jié)構(gòu)和晶格結(jié)構(gòu)，從而影響其相變

性質(zhì)。例如，不同過(guò)渡金屬原子會(huì)導(dǎo)致二硒化物的不同電子特性和磁

性特性。

2.層間距

二硒化物層間的距離會(huì)影響其范德華相互作用的強(qiáng)度，從而影響其層

狀-層狀相變。

3.外部刺激

外部刺激，如溫度、壓力和電場(chǎng)，可以誘導(dǎo)二硒化物的相變。例如,

溫度變化可以導(dǎo)致金屬-絕緣體相變，而電場(chǎng)可以誘導(dǎo)CDW相變。

二硒化物的相變性質(zhì)研究

對(duì)二硒化物的相變性質(zhì)的研究具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

通過(guò)了解二硒化物的相變機(jī)制，可以探索其在電子學(xué)、光電子學(xué)和摩

擦學(xué)等領(lǐng)域的新型應(yīng)用。此外，對(duì)相變性質(zhì)的研究還可以加深我們對(duì)

凝聚態(tài)物理學(xué)的基本理解。

第二部分激光誘導(dǎo)相變的機(jī)制和動(dòng)力學(xué)

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

激光誘導(dǎo)相變的機(jī)制和動(dòng)力

學(xué)1.激光照射材料后，光能被吸收并轉(zhuǎn)換為熱能，導(dǎo)致材料

主題名稱：光熱誘導(dǎo)相變溫度升高。

2.溫度升高改變了材料的原子結(jié)構(gòu)，使原有相的不穩(wěn)定并

過(guò)渡到新相。

3.光熱誘導(dǎo)相變通常需要較高的激光功率、較長(zhǎng)的曝光時(shí)

間和較大的光斑尺寸。

主題名稱：光電子誘導(dǎo)相變

激光誘導(dǎo)相變的機(jī)制和動(dòng)力學(xué)

機(jī)制

激光誘導(dǎo)相變（LIP）是一種通過(guò)激光照射材料來(lái)實(shí)現(xiàn)相變的非平衡

過(guò)程。在LIP中，激光脈沖迅速將材料加熱至高于其相變溫度，從而

產(chǎn)生過(guò)熱、熔化或汽化等相變。LIP的機(jī)制可以分為以下幾個(gè)步驟:

*光吸收：激光能量被材料吸收，轉(zhuǎn)化為電子激發(fā)。

*聲子耦合：電子激發(fā)通過(guò)聲子耦合將能量傳遞給晶格，導(dǎo)致晶格振

動(dòng)幅度增加。

*晶格熔化：當(dāng)晶格振動(dòng)幅度達(dá)到一定閾值時(shí)，晶格結(jié)構(gòu)開始熔化,

形成過(guò)熱液相。

*相變：過(guò)熱液相可以通過(guò)成核和生長(zhǎng)過(guò)程實(shí)現(xiàn)相變，形成新的晶體

相或無(wú)定形相。

動(dòng)力學(xué)

LIP的動(dòng)力學(xué)取決于激光脈沖的特性（如波長(zhǎng)、能量和脈沖寬度）以

及材料的熱力學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。主要影響因素包括：

*激光能量密度：較高的能量密度會(huì)導(dǎo)致材料吸收更多的能量，從而

產(chǎn)生更快的加熱速率和更嚴(yán)重的相變。

*脈沖寬度：較短的脈沖寬度可以減少熱擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)更局部的相

變。

*熱導(dǎo)率：材料的熱導(dǎo)率決定了熱量在材料中的擴(kuò)散速率。高熱導(dǎo)率

材料需要更高的能量密度才能實(shí)現(xiàn)相變。

*光吸收系數(shù)：材料的光吸收系數(shù)決定了它吸收激光能量的效率。高

吸收系數(shù)材料需要較低的能量密度就能實(shí)現(xiàn)相變°

實(shí)驗(yàn)觀察

LIP的實(shí)驗(yàn)觀察可以包括：

*表面形態(tài)變化：激光照射后，材料表面會(huì)出現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)變化，例如

坑狀結(jié)構(gòu)或熔化區(qū)C

*晶體結(jié)構(gòu)變化：LIP可以通過(guò)X射線衍射或透射電子顯微鏡（TEM）

表征材料的晶體結(jié)構(gòu)變化。

*熱分析：差示掃描量熱法（DSC）或熱重分析（TGA）可以提供有關(guān)

相變能量和動(dòng)力學(xué)的信息。

*光譜分析：拉曼光譜或紫外-可見(jiàn)光譜可以提供有關(guān)材料組成和相

變的化學(xué)信息。

應(yīng)用

LIP在材料科學(xué)和工程中具有廣泛的應(yīng)用，包括：

*薄膜沉積：通過(guò)LIP可以在基底上沉積具有特定相態(tài)和取向的薄

膜。

*微納制造：LIP可以用于微納結(jié)構(gòu)的精密加工和成形。

*光電子器件：LIP可以調(diào)節(jié)光電器件的性能，例如太陽(yáng)能電池和發(fā)

光二極管（LED）o

*生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用：LIP在生物醫(yī)療領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用，例如激光手術(shù)

和組織工程。

總的來(lái)說(shuō)，LIP是一種強(qiáng)大的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)材料的非平衡相變。通

過(guò)優(yōu)化激光脈沖特性和材料性質(zhì)，LIP可以在廣泛的應(yīng)用中提供精確

和可控的相變。

第三部分應(yīng)力誘導(dǎo)相變的機(jī)制和薄膜弛豫

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

【應(yīng)力誘導(dǎo)相變的機(jī)制】

1.應(yīng)力可以改變材料的電子結(jié)構(gòu)，影響原子的排列和鍵合

狀態(tài)。在過(guò)渡金屬二硒化物中，拉伸應(yīng)力會(huì)拉伸晶格常數(shù)，

減弱硒原子與金屬原子之間的相互作用，從而導(dǎo)致相變。

2.此外，應(yīng)力可以誘導(dǎo)品格缺陷的形成，如空位、間隙和

晶界，這些缺陷會(huì)成為相變的萌生點(diǎn)。應(yīng)力集中于這些缺

陷部位，降低了相變的能壘。

3.應(yīng)力誘導(dǎo)的相變是非平衡過(guò)程，受應(yīng)力施加速率、應(yīng)力

類型和材料的固有性質(zhì)等因素影響。因此，可以通過(guò)控制

這些因素來(lái)調(diào)節(jié)相變的動(dòng)力學(xué)和范圍。

【薄膜池豫】

應(yīng)力誘導(dǎo)相變的機(jī)制

過(guò)渡金屬二硒化物（TMD）的應(yīng)力誘導(dǎo)相變涉及多種機(jī)制，包括：

*晶格應(yīng)變：機(jī)械應(yīng)力會(huì)引起晶格應(yīng)變，從而改變?cè)娱g鍵合距離和

角度，導(dǎo)致相變。例如，在MoS2中，拉伸應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致Se-Mo-Se鍵

角減小，從而觸發(fā)從2H到1T相的轉(zhuǎn)變。

*缺陷生成：應(yīng)力還可能導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生，如位錯(cuò)、空位和晶界，這

些缺陷會(huì)破壞晶體結(jié)構(gòu)的完整性，促進(jìn)相變。例如，在WSe2中，剪

切應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致位錯(cuò)的形成，從而引發(fā)從2H到1b相的轉(zhuǎn)變。

*電子結(jié)構(gòu)調(diào)制：應(yīng)力會(huì)影響TMD的電子結(jié)構(gòu)，改變其能帶結(jié)構(gòu)和

電子態(tài)密度。這反過(guò)來(lái)又可以影響原子間的鍵合能量，從而促進(jìn)相變。

例如，在WS2中，拉伸應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)帶底部的d軌道分裂，導(dǎo)致從

2H到1T相的轉(zhuǎn)變。

*離子遷移：在某些TMD中，應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致離子遷移，例如鋰離子在

LiCo02中的遷移。離子遷移可以破壞晶體結(jié)構(gòu)，從而引發(fā)相變。

薄膜弛豫

薄膜弛豫是指應(yīng)力誘導(dǎo)相變后薄膜中應(yīng)力的釋放過(guò)程。弛豫的機(jī)制取

決于薄膜的厚度、結(jié)構(gòu)和相變的類型。

*彈性弛豫：在薄膜較厚時(shí)，應(yīng)力可以通過(guò)彈性變形來(lái)釋放，使薄膜

恢復(fù)其原始形狀。

*塑性弛豫：在薄膜較薄時(shí)，應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致永久性的變形，例如位錯(cuò)滑

移或晶界滑移。這將導(dǎo)致薄膜的形狀和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

*相變逆轉(zhuǎn)：在某些情況下，應(yīng)力弛豫會(huì)導(dǎo)致相變逆轉(zhuǎn)，即薄膜恢復(fù)

到應(yīng)力誘導(dǎo)相變前的相。這可以通過(guò)缺陷退化或晶體結(jié)構(gòu)重排來(lái)實(shí)現(xiàn)。

弛豫的速率由多種因素決定，包括溫度、應(yīng)力大小、薄膜厚度和材料

性質(zhì)。弛豫過(guò)程的表征對(duì)于理解應(yīng)力誘導(dǎo)相變的穩(wěn)定性和TMD薄膜

的性能至關(guān)重要。

第四部分幾何位阻對(duì)相變的調(diào)控作用

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

幾何位阻對(duì)相變的調(diào)控作用

1.過(guò)渡金屬二硒化物中，硒原子位阻較小，導(dǎo)致層內(nèi)原子

排列緊密，層間相互作用較弱，容易發(fā)生相變。

2.引入較大的配體或基團(tuán)，增加硒原子周圍的位阻，可以

減弱層內(nèi)相互作用，增強(qiáng)層間相互作用，從而抑制相變。

3.通過(guò)控制位阻大小，可以調(diào)節(jié)相變溫度、相變速率和相

變產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)和性能的精準(zhǔn)調(diào)控。

位阻效應(yīng)調(diào)控相變機(jī)制

1.位阻效應(yīng)調(diào)控相變機(jī)制主要是通過(guò)改變層間相互作用實(shí)

現(xiàn)的。

2.大位阻基團(tuán)的存在會(huì)增大層間距，減弱層間相互作用，

從而降低相變驅(qū)動(dòng)力，抑制相變發(fā)生。

3.位阻效應(yīng)可以通過(guò)改變電子結(jié)構(gòu)、表面能和界面能等方

式，影響相變的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件。

位阻調(diào)控材料性能

1.通過(guò)位阻調(diào)控相變，可以獲得不同相結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬二

硒化物材料，從而實(shí)現(xiàn)電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等性能的調(diào)控。

2.大位陽(yáng)基團(tuán)的存在可以提高材料的電導(dǎo)率、光吸收能力

和力學(xué)強(qiáng)度。

3.位阻調(diào)控為設(shè)計(jì)具有特定性能的過(guò)渡金屬二硒化物材料

提供了新的思路。

位阻工程應(yīng)用

1.位阻工程已廣泛應(yīng)用于過(guò)渡金屬二硒化物的相變調(diào)控，

包括鋰離子電池、太陽(yáng)能電池和催化劑等領(lǐng)域。

2.通過(guò)位阻調(diào)控，可以優(yōu)化材料的電化學(xué)性能、光電性能

和催化性能。

3.位阻工程為新一代高性能材料的開發(fā)和應(yīng)用提供了重要

手段。

位阻調(diào)控前沿趨勢(shì)

1.目前，位阻調(diào)控的研究正朝著高精度、多尺度和多功能

方向發(fā)展。

2.利用先進(jìn)表征技術(shù)和理論計(jì)算方法，可以更深入地理解

位阻效應(yīng)在相變中的作用機(jī)制。

3.發(fā)展多功能位阻調(diào)控策略，實(shí)現(xiàn)不同性能的協(xié)同調(diào)控，

成為未來(lái)研究的重點(diǎn)。

位阻調(diào)控未來(lái)展望

1.位阻調(diào)控有望為設(shè)計(jì)具有特定性能的過(guò)渡金屬二硒化物

材料開辟新途徑。

2.隨著材料科學(xué)和納米技術(shù)的不斷發(fā)展，位阻調(diào)控將成為

未來(lái)材料創(chuàng)新的核心技術(shù)之一。

3.位阻調(diào)控的應(yīng)用范圍洛進(jìn)一步拓展，為能源、電子、催

化等領(lǐng)域的進(jìn)步做出重要貢獻(xiàn)。

幾何位阻對(duì)相變的調(diào)控作用

在過(guò)渡金屬二硒化物(TMDC)中，層間幾何位阻是指原子或分子在兩

個(gè)TMDC層之間形成的位阻效應(yīng)。這種幾何位阻會(huì)影響TMDC的相

變行為，具體取決于位阻基團(tuán)的尺寸、形狀和化學(xué)性質(zhì)。

尺寸效應(yīng)

位阻基團(tuán)的尺寸對(duì)相變溫度和晶格結(jié)構(gòu)有顯著影響。較大的位阻基團(tuán)

會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的位阻效應(yīng)，從而抑制層間滑移和相變的發(fā)生。例如，在

MOS2中，引入體枳較大的甲基基團(tuán)可以將相變溫度從600K以上

提高到800K以上。

形狀效應(yīng)

位阻基團(tuán)的形狀也會(huì)影響相變行為。平面化的位阻基團(tuán)會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的

位阻效應(yīng)，阻止層間滑移°另一方面，非平面化的位阻基團(tuán)會(huì)允許更

多的層間運(yùn)動(dòng)，從而降低相變溫度。例如，在WS2中，引入球形的

甲基基團(tuán)比引入棒狀的苯基基團(tuán)對(duì)相變溫度的影響更小。

化學(xué)性質(zhì)

位阻基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)也會(huì)影響相變行為。疏水性位阻基團(tuán)會(huì)降低

TMDC層之間的范德華相互作用，從而促進(jìn)層間滑移和相變。另一方

面，親水性位阻基團(tuán)會(huì)增加層間相互作用，從而抑制相變。例如，在

MoSe2中，引入疏水性的甲基基團(tuán)可以降低相變溫度，而引入親水

性的羥基基團(tuán)可以提高相變溫度。

位阻調(diào)控相變的機(jī)制

位阻調(diào)控相變的機(jī)制是多方面的：

*抑制層間滑移：位阻基團(tuán)占據(jù)TMDC層之間的空間，阻礙層間滑

移，從而抑制相變C

*改變層間相互作用：位阻基團(tuán)可以改變TMDC層之間的相互作用

強(qiáng)度和性質(zhì)，影響層間滑移的能壘。

*誘導(dǎo)應(yīng)變：位阻基團(tuán)可能會(huì)在TMDC層中引入應(yīng)變，改變晶格結(jié)構(gòu)

和電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響相變行為。

應(yīng)用

幾何位阻對(duì)相變的調(diào)控作用在TMDC的各種應(yīng)用中具有重要意義，包

括：

*電子器件：位阻工程可以調(diào)節(jié)TMDC電子器件的電導(dǎo)率、開關(guān)特性

和熱穩(wěn)定性。

*光電器件：位阻調(diào)控可以影響TMDC的光吸收、發(fā)射和非線性光學(xué)

性質(zhì)。

*催化劑：位阻工程可以優(yōu)化TMDC催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定

性。

結(jié)語(yǔ)

幾何位阻對(duì)TMDC相變性質(zhì)的調(diào)控作用為材料設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了新

的途徑。通過(guò)選擇性引入不同的位阻基團(tuán)，可以精確調(diào)節(jié)TMDC的相

變行為，滿足特定應(yīng)用需求。

第五部分電化學(xué)插層對(duì)相變性質(zhì)的影響

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

相間插層誘導(dǎo)的相變

1.電化學(xué)插層可以在過(guò)渡金屬二硒化物中引入額外的電子

或空穴，打破其原始的電子結(jié)構(gòu)，從而觸發(fā)相變。

2.插層離子的類型、濃度和電勢(shì)可以調(diào)節(jié)相變行為，例如

從半導(dǎo)體到金屬的轉(zhuǎn)變或從層狀結(jié)構(gòu)到無(wú)定形結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)

變。

3.通過(guò)優(yōu)化插層條件，可以實(shí)現(xiàn)可逆的相變，為基于過(guò)渡

金屬二硒化物的智能材料和電子器件的設(shè)計(jì)開辟了新的可

能性。

插層離子尺寸的影響

1.插層離子的尺寸決定了其在過(guò)渡金屬二硒化物晶格中的

位置和相互作用。

2.較小的插層離子（例如Li+）容易進(jìn)入二維層之間，導(dǎo)

致晶格膨脹和層間距離增加。

3.較大的插層離子（例如K+）則傾向于嵌入晶格缺陷或形

成團(tuán)簇，對(duì)相變行為的影響不同于較小的離子。

插層濃度依賴性

1.插層濃度直接影響過(guò)渡金屬二硒化物的電子濃度，從而

改變其導(dǎo)電性、光學(xué)性質(zhì)和相穩(wěn)定性。

2.低濃度的插層可以誘導(dǎo)局部的相變，形成共存相或相界。

3.高濃度的插層可能會(huì)導(dǎo)致晶格崩塌或形成新相，引發(fā)不

可逆的相變。

電勢(shì)調(diào)控的相變

1.電化學(xué)插層過(guò)程涉及氧化還原反應(yīng)，其電勢(shì)可以控制插

層離子的濃度和嵌入狀態(tài)。

2.施加不同的電勢(shì)可以實(shí)現(xiàn)相變的精確調(diào)控，例如在半導(dǎo)

體和金屬相之間切換或誘導(dǎo)多態(tài)轉(zhuǎn)變。

3.電勢(shì)調(diào)控相變提供了操縱過(guò)渡金屬二硒化物性質(zhì)和功能

的新途徑。

動(dòng)態(tài)相變行為

1.電化學(xué)插層過(guò)程是可逆的，可以實(shí)現(xiàn)過(guò)渡金屬二硒化物

的動(dòng)態(tài)相變。

2.通過(guò)循環(huán)插層和脫插，可以調(diào)節(jié)相變的速率和可逆性，

實(shí)現(xiàn)材料性能的可調(diào)控。

3.動(dòng)態(tài)相變行為賦予過(guò)渡金屬二硒化物在能量存儲(chǔ)、傳感

器和自適應(yīng)系統(tǒng)等領(lǐng)域潛在的應(yīng)用前景。

相變誘導(dǎo)的性能調(diào)控

1.相變可以顯著改變過(guò)渡金屬二硒化物的物理和化學(xué)性

質(zhì)，例如導(dǎo)電性、磁性、光學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)性。

2.通過(guò)控制相變，可以優(yōu)化材料的性能，滿足特定應(yīng)用需

求。

3.相變誘導(dǎo)的性能調(diào)控為過(guò)渡金屬二硒化物在催化、電子

器件、能源轉(zhuǎn)換和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

電化學(xué)插層對(duì)相變性質(zhì)的影響

電化學(xué)插層是一種通過(guò)在電化學(xué)電池中施加電位來(lái)將離子或分子嵌

入過(guò)渡金屬二硒化物晶格中的技術(shù)。這種插層可以顯著改變材料的相

變性質(zhì)。

鋰離子插層：

鋰離子插層是最廣泛研究的插層類型之一。當(dāng)鋰離子嵌入二硒化物晶

格時(shí)，會(huì)發(fā)生以下變化：

*相變：鋰離子插層可誘導(dǎo)二硒化物從半導(dǎo)體相轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傧?。例?

在LiFeSe2中，鋰離子的插入導(dǎo)致材料從反鐵磁的半導(dǎo)體相轉(zhuǎn)變?yōu)轫?/p>

磁的金屬相。

*晶格膨脹：鋰離子的插入會(huì)導(dǎo)致二硒化物晶格膨脹。這是由于鋰離

子的大小比二硒化物離子大，導(dǎo)致晶格常數(shù)增加。

*電導(dǎo)率增加：鋰離子的插入顯著增加二硒化物的電導(dǎo)率。這是由于

金屬相的形成，具有更高的載流子濃度。

*電化學(xué)活性：鋰離子插層增強(qiáng)了二硒化物的電化學(xué)活性。這使得它

們成為鋰離子電池等能量?jī)?chǔ)存應(yīng)用的理想材料。

鈉離子插層：

與鋰離子插層類似，鈉離子插層也對(duì)二硒化物的相變性質(zhì)產(chǎn)生影響。

然而，鈉離子比鋰離子大，這導(dǎo)致了以下差異：

*較小的相變：鈉離子插層誘導(dǎo)的相變不如鋰離子插層明顯。這是由

于鈉離子嵌入晶格的能量較低，導(dǎo)致相變程度較小。

*較小的晶格膨脹：鈉離子的尺寸較大，導(dǎo)致二硒化物晶格膨脹較小。

*較低的電導(dǎo)率增加：鈉離子的嵌入導(dǎo)致電導(dǎo)率增加較小，因?yàn)殁c離

子的載流子濃度較低。

其他離子插層：

除了鋰離子和鈉離子之外，其他離子，如鉀離子和鎂離子，也可以嵌

入過(guò)渡金屬二硒化物中。這些離子插層也會(huì)影響材料的相變性質(zhì)，但

程度因離子類型和二硒化物的具體性質(zhì)而異。

應(yīng)用：

電化學(xué)插層對(duì)相變性質(zhì)的影響在以下應(yīng)用中具有重要意義：

*鋰離子電池：鋰離子插層用于鋰離子電池，其中二硒化物材料用作

陰極。插層可提高材料的電化學(xué)活性，增加鋰離子的存儲(chǔ)容量和電池

的循環(huán)壽命。

*鈉離子電池：鈉離子插層也可用于鈉離子電池，成本較低且資源豐

富。

*電子設(shè)備：二硒化物材料的電導(dǎo)率和相變性質(zhì)的變化使其在電子設(shè)

備中具有潛在應(yīng)用，例如相變存儲(chǔ)器和納電子器件。

結(jié)論：

電化學(xué)插層對(duì)過(guò)渡金屬二硒化物的相變性質(zhì)產(chǎn)生重大影響。通過(guò)插層

鋰離子和其他離子，可以誘導(dǎo)相變、改變晶格結(jié)構(gòu)、提高電導(dǎo)率和增

強(qiáng)電化學(xué)活性。這些變化使二硒化物材料適用于各種應(yīng)用，包括能量

儲(chǔ)存、電子設(shè)備和光電子器件。

第六部分光電子器件中相變的調(diào)控和應(yīng)用

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

主題名稱：相變器件的機(jī)制

和設(shè)計(jì)1.過(guò)渡金屬二硒化物相變器件的基本工作原理和機(jī)制。

2.影響相變性能的關(guān)鍵因素，如材料性質(zhì)、器件結(jié)構(gòu)和電

極設(shè)計(jì)。

3.最新材料和器件設(shè)計(jì)策略，包括調(diào)控缺陷、界面工程和

異質(zhì)結(jié)構(gòu)集成。

主題名稱：光調(diào)控相變

光電子器件中相變的調(diào)控和應(yīng)用

過(guò)渡金屬二硒化物（TMDs）因其優(yōu)異的光電性能和相變行為，在光電

子器件中具有廣泛的應(yīng)用前景。相變調(diào)控涉及操縱TMDs的相態(tài)，從

而改變其光學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)特性。這為設(shè)計(jì)新型光電子器件開辟了新

的可能性。

光致相變

光致相變是利用光照誘導(dǎo)TMDs從半導(dǎo)體相向金屬相或半導(dǎo)體相之間

轉(zhuǎn)變的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程基于光激子激發(fā)，導(dǎo)致電子躍遷到更高能級(jí)并

留下空穴。光激子與晶格相互作用，引起晶格畸變和相變。

通過(guò)選擇特定的波長(zhǎng)和光強(qiáng)，可以可逆地調(diào)控相變過(guò)程。這種光致相

變可用于以下應(yīng)用：

*存儲(chǔ)器設(shè)備：利用相變的可逆性，可以制備非易失性存儲(chǔ)器器件。

通過(guò)光照寫入和擦除信息，實(shí)現(xiàn)高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

*光開關(guān)：光致相變可用于制造光開關(guān)，可以通過(guò)光照控制光的傳

輸。通過(guò)調(diào)節(jié)相變區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的調(diào)制和切換。

*二維電子氣：光致相變可用于在TMDs表面產(chǎn)生二維電子氣，具有

高遷移率和可調(diào)電學(xué)性質(zhì)。這可用于制造高性能晶體管和其他電子器

件。

電致相變

電致相變是利用電場(chǎng)誘導(dǎo)TMDs相變的過(guò)程。施加電場(chǎng)會(huì)極化晶格，

導(dǎo)致晶格畸變和相變。電致相變可以實(shí)現(xiàn)以下應(yīng)用：

*場(chǎng)效應(yīng)晶體管：電致相變可用于制造場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中電場(chǎng)控

制TMDs的相態(tài)和電導(dǎo)率。這memungkinkanuntuk控制電流流過(guò)器

件。

*光電探測(cè)器：電致相變可用于增強(qiáng)TMDs的光電探測(cè)性能。通過(guò)電

場(chǎng)調(diào)諧TMDs的相態(tài)，可以擴(kuò)大其光響應(yīng)范圍和靈敏度。

*光學(xué)調(diào)制器：電致相變可用于制造光學(xué)調(diào)制器，司通過(guò)電場(chǎng)控制

TMDs的光學(xué)性質(zhì)。這可用于調(diào)制光的偏振、相位和強(qiáng)度。

熱致相變

熱致相變是利用溫度變化誘導(dǎo)TMDs相變的過(guò)程。加熱或冷卻TMDs會(huì)

導(dǎo)致晶格結(jié)構(gòu)的變化和相變。熱致相變可乂實(shí)現(xiàn)以下應(yīng)用：

*熱電器件：利用相變的熱效應(yīng)，可以制造高效的熱電器件，用于

熱量轉(zhuǎn)換和發(fā)電。

*溫度傳感器：相變溫度可以通過(guò)電學(xué)或光學(xué)手段檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)

溫度傳感。

*相變存儲(chǔ)器：熱致相變可用于制造相變存儲(chǔ)器器件，其中通過(guò)加

熱和冷卻過(guò)程寫入和讀取信息。

總之，過(guò)渡金屬二硒化物的相變性質(zhì)為光電子器件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用開辟

了新的可能性。通過(guò)光致、電致和熱致調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)器件性能的增

強(qiáng)、功能多樣化和應(yīng)用范圍擴(kuò)大。

第七部分相變熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模擬方法

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

經(jīng)典熱力學(xué)模型

1.采用Landau理論構(gòu)建自由能函數(shù)，描述相變過(guò)程中的

能量轉(zhuǎn)換。

2.通過(guò)自由能最小化確定穩(wěn)定相，預(yù)測(cè)相變溫度和相位圖。

3.可通過(guò)微分方程組描述相變動(dòng)力學(xué)，模擬相變過(guò)程中界

面演化和疇結(jié)構(gòu)形成。

分子動(dòng)力學(xué)模擬

1.基于牛頓運(yùn)動(dòng)方程，模擬原子或分子運(yùn)動(dòng)，獲取微觀結(jié)

構(gòu)和動(dòng)力學(xué)信息。

2.可用于研究相變過(guò)程中的原子重排、缺陷演化和界面動(dòng)

力學(xué)。

3.通過(guò)計(jì)算自由能分布和相轉(zhuǎn)變路徑，為熱力學(xué)模型提供

驗(yàn)證和補(bǔ)充。

第一原理計(jì)算

1.基于密度泛函理論，計(jì)算電子結(jié)構(gòu)和材料性質(zhì)。

2.可用于預(yù)測(cè)原子尺度上的相變機(jī)制，如晶體結(jié)構(gòu)、相界

能和電子態(tài)變化。

3.可通過(guò)構(gòu)筑超胞模型，模擬相界處的界面結(jié)構(gòu)和缺陷行

為。

相場(chǎng)法

1.將相變過(guò)程視為界面演化問(wèn)題，利用偏微分方程描述界

面運(yùn)動(dòng)。

2.可有效模擬復(fù)雜界面形態(tài)、相變擴(kuò)散和多相共存等現(xiàn)象。

3.與其他方法相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)宏觀和微觀相變模擬的耦合，

提高模擬精度。

動(dòng)力蒙特卡羅方法

1.基于統(tǒng)計(jì)力學(xué)原則，模擬原子或分子運(yùn)動(dòng)，考慮熱流落

效應(yīng)。

2.可用于研究相變過(guò)程中的晶體核形成和長(zhǎng)大、相界粗化

和自組織等非平衡現(xiàn)象。

3.可與第一原理計(jì)算相結(jié)合，提供原子尺度的相變動(dòng)力學(xué)

信息。

機(jī)器學(xué)習(xí)輔助模擬

1.利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建相變模型和預(yù)測(cè)相變性質(zhì)。

2.可快速篩選材料候選，探索相變機(jī)制，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

3.可與其他模擬方法相結(jié)合，提高計(jì)算效率和預(yù)測(cè)精度。

相變熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模擬方法

相變熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模擬方法提供了從原子尺度研究過(guò)渡金屬二硒

化物相變的寶貴工具。這些技術(shù)讓我們能夠在原子級(jí)別上理解相變機(jī)

制，并預(yù)測(cè)相變行為對(duì)器件性能的影響。

熱力學(xué)模擬

熱力學(xué)模擬專注于研究相變過(guò)程中熱力學(xué)性質(zhì)的變化。常用的熱力學(xué)

模擬方法包括：

*第一性原理計(jì)算(DFT)：DFT是一種從頭算的量子力學(xué)方法，可以

計(jì)算體系的電子結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)性質(zhì)。DFT用于預(yù)測(cè)相變的溫度、相平

衡和相界。

*相場(chǎng)方法：相場(chǎng)方法是一種介觀模擬技術(shù)，處理相界面作為連續(xù)場(chǎng)

而不是銳利邊界。它用于研究相變的動(dòng)力學(xué)和形貌演化。

*自由能方法：自由能方法基于熱力學(xué)自由能最小化原理，可以預(yù)測(cè)

相變的熱力學(xué)穩(wěn)定性。它用于計(jì)算相平衡和繪制相圖。

動(dòng)力學(xué)模擬

動(dòng)力學(xué)模擬關(guān)注相變過(guò)程中原子位置和運(yùn)動(dòng)的變化。常用的動(dòng)力學(xué)模

擬方法包括：

*分子動(dòng)力學(xué)(MD)：MD模擬跟蹤體系中每個(gè)原子的運(yùn)動(dòng)，解決牛頓

運(yùn)動(dòng)方程。它用于研究相變的動(dòng)力學(xué)、缺陷演化和界面行為。

*蒙特卡羅(MC)：MC模擬使用隨機(jī)采樣來(lái)計(jì)算熱力學(xué)性質(zhì)和動(dòng)力

學(xué)過(guò)程。它用于研究相變的熱力學(xué)平衡、相分離和缺陷形成。

*量子力學(xué)非平衡格林函數(shù)(NEGF)：NEGF是一種量子力學(xué)方法，用

于研究非平衡系統(tǒng)中的電子傳輸和相變。它用于模擬納米器件中的相

變和器件行為。

耦合模擬

熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模擬方法通常結(jié)合在一起提供更全面的相變理解。例

如，DFT預(yù)測(cè)可以與MD模擬相結(jié)合，研究相變的詳細(xì)原子機(jī)制。相

場(chǎng)方法可以與MC模擬相結(jié)合，研究相變的動(dòng)力學(xué)演化和界面行為。

模擬方法的選擇

選擇相變模擬方法取決于特定問(wèn)題的性質(zhì)和所需的精度水平。DFT提

供了最高的精度，但計(jì)算成本也最高。相場(chǎng)和自由能方法提供了較好

的計(jì)算效率，但犧牲了原子級(jí)